USAF 先进战术战斗机项目
1981 年 3 月 USAF 宣布将研制一种用于取代 F-111 的先进战术战斗机，能在夜间、恶劣天气下遂行低空遮断任务。GD 提交了 F-16XL 参与竞争，对手是麦道的双座 F-15B 改型。由于增大了载油量和载弹量，F-16XL 的载弹量是标准型 F-16 的两倍，航程提高了 40%。27 个硬点可挂载大量的武器：
F-16XL 的 27 个硬点 •16 个翼下武器挂架（每个负荷 350 千克）。
•4 个半埋式 AIM-120 挂架。
•2 个翼尖挂架。
•1 个机腹中线挂架。
•2 个机翼重型“湿”挂架（可挂副油箱）。
•2 个进气口挂架（LANTIRN）。
但是机翼重型“湿”挂架与最外侧的翼下武器挂架在同一条纵线上，这就意味着挂载副油箱的时候就不能使用最外侧的翼下武器挂架。不挂载副油箱时，F-16XL 可在翼下挂载 16 枚 117 千克的航空炸弹。尽管 F-16XL 在机腹也可以挂载 1,136 升（300 加仑）副油箱，但实际使用中并不挂载这个 CL-300 副油箱，因为挂载机腹副油箱后增加了阻力，油箱用光后不及时扔掉的话反而降低了航程。
F-16XL 翼下低阻挂载 12 枚 MK82 炸弹和 4 枚 AIM-120 空空导弹，翼尖还有两枚“响尾蛇”正在进行空中加油的 F-16XL
1984 年 2 月空军宣布麦道的方案获胜，该方案后来演变成 F-15E“攻击鹰”。F-16XL 如果获胜的话，单座型编号将是 F-16E，双座型编号 F-16F。F-16XL 首席工程师约翰•G•威廉姆斯说：“XL 是架了不起的飞机，却成为 USAF 继续生产 F-15 政策的牺牲品，这是可以理解的。有些时候你能在这些政治游戏中获胜，有些时候又不能。XL 作为对地攻击机来说在多数情况下都比 F-15 优越，当然 F-15 也足够好了。”。
F-16XL 的飞行品质F-16XL 双座机涂上了条纹状的菲利斯迷彩，并且在机腹画上了假座舱盖和假空中加油标志以迷惑敌方飞行员
失去国防部的订单后，1985 年夏 GD 的两架 F-16XL 返回沃斯堡进行封存。这两架飞机分别飞行了 437 和 361 架次，尽管无加力超音速巡航是该机的设计目标之一，但在试飞中却从未实现。
F-16XL 与 F-15E 战斗轰炸机的性能孰优孰劣直到今天都是军迷们争论的话题之一。按照空军的说法，F-16XL 落选“增强型战术战斗机”的原因在于：F-16XL 是单座战机，在执行战斗轰炸任务时一名飞行员很难兼顾全局；F-16XL 可以看作是在 F-16基础上全新设计的战斗机，而 F-15E 则是在 F-15 双座教练型基础上小改而成，技术风险和成本比较小；F-16XL 是单发战斗机，可靠性不如双发的 F-15E 战斗轰炸机F-16XL 的性能参数，注意在挂载 6 枚空空导弹时，最大速度能达到 1.95M
改装和升级
1988 年末，两架 F-16XL 启封并被移交给 NASA，分别获得 849（A-5，75-0749）和 848（A-3，75-0747）的编号。这两架飞机被用于 NASA 的一个空气动力学研究项目，旨在改善持续超音速飞行时的机翼气流流动。
1997 年 NASA 的 F-16 研究机，分别是 F-16XL F-16A AFTI F-16 1989 年 3 月 9 日 F-16XL 1 号机重返蓝天，随后被移交给爱德华兹 AFB 的埃姆斯-代顿飞行研究中心。该机为层流研究进行了改装，在左翼安装了实验性的钛合金翼套，上面布满的数以百万计的微小激光切孔（2,500 孔/平方英寸，总面积 0.46 平方米）。
安装着附面层吸除翼套 F-16XL 1 号机
翼套由罗克韦尔国际公司北美飞机设计，可主动吸除机翼表面的湍流附面层。湍流附面层会增加阻力和耗油率，影响飞机性能。湍流附面层被吸除后，机翼表面形成层流附面层，可以大大降低阻力。NASA 的层流研究可追溯到 1926 年，当时 NASA 的前身国家航空咨询委员会（NACA）就在弗吉尼亚州兰利研究中心的风洞中拍摄到了湍流附面层，喷入风动气流的指示烟雾在机翼上表面形成了可见的湍流附面层。
早期对湍流附面层的研究导致了在高速飞机上使用平头铆钉和光滑机身的设计。
1990 年 5 月 3 日 F-16XL 1 号机进行了改装后的首次飞行，试飞员是史蒂夫•以实玛利。1994 年 11 月该机在 NASA/兰利中心参加了高速民用运输机的布局研究试飞，旨在改进起飞性能，降低发动机噪音。为此该机涂上了黑黄相间的醒目涂装（前机身是白色）。1995 年 1 月该机回到爱德华兹AFB，与 NASA 的 SR-71 一起进行了音爆研究，飞行速度 1.25M~1.8M。在这些试飞中，工程师们记录了不同的大气条件是如何影响音爆的。、
与 SR-71 一起研究超音速音爆的 F-16XL 1 号机 双座的 F-16XL（75-0747）2 号机交付 NASA 时安装的是 GE 试制发动机，在进行试飞前需要换发。NASA 从沃斯堡获得了一台 F110-GE-129 发动机，结果大大提高了飞机的性能。在试飞初期，该发动机在军用推力下就意外实现了超音速巡航，最终实现了 6,096 米高度 1.1M 的超音速巡航。F-16XL 2 号机的右翼安装了泡沫和玻璃纤维制造的翼套，对沿超音速翼面前缘流动的气流、噪声环境和压力分布进行研究。左翼安装了新的主动附面层吸除翼套，面积是 1 号机的两倍，翼套测试段由高技术复合材料和多孔钛蒙皮组成，周围是泡沫和玻璃纤维制造的整流外形。
钛合金翼套 翼套的最大厚度为 6.35 厘米，覆盖了机翼面积的 75% 和机翼前缘的 60%，由兰利研究中心、代顿中心、罗克韦尔国际、波音和麦道联合设计。左翼安装翼套后“S”形前缘被拉直，以便能更好地模拟民用运输机的机翼。翼套中间的主动吸除段有数以百万计的激光切孔，面积 0.93 平方米。翼套下方有 20 个腔室，用以控制机翼表面的附面层吸除。翼套与机翼蒙皮间通过常用的环氧树脂粘接，飞机被剥除涂装后，首先在机翼复合表面蒙皮上敷设基层玻璃纤维层，其作用是在拆除翼套时不损伤机翼蒙皮。
正在安装新翼套的 F-16XL 2 号机试飞中的 2 号机 2009 年 7 月两架 F-16XL 退役。
F-16 AFTI，先进战斗机技术集成项目
历史
为了评估使用 DFCS 配合 CCV 翼面对飞机进行的非常规操纵，空军系统司令部的飞行动力实验室赞助了一项被称为先进战斗机技术集成（AFTI）的项目。1978 年 12 月 26 日 GD 被授予一份合同，把第 6 架 FSD F-16A（75-0750）改装成 AFTI 飞机，该机借鉴了 YF-16 CCV（72-1567）上获得的经验。
为了增强 F-16 的雷达性能，1978 年 10 月 GD 使用 F-16A（75-0750）测试了 F-18 的 APG-65 雷达，为此装了一个大鼻子为了竞争 AFTI 项目，麦道和 GD 都提出了激进的方案，如上图麦道 F-15 的全动外翼段和机腹垂直安定面；GD 的鸭式布局 F-16。但最后还是保守的 GD 传统方案获胜AFTI 概念图
AFTI F-16 在进气口下方安装了两片来自 YF-16 CCV 的鸭翼，机背上增加了突起的脊背以容纳额外的电子设备。还安装了全权限的三余度 DFCS 和自动机动攻击系统（AMAS）。DFCS 可提供 6 个独立的自由度控制，具有容错功能，所以出现单项故障时不会影响正常运行。如果再出现第二个故障，系统能自动切换到待机模式以保证安全飞行。为了防范因不可预见的故障而导致整个 DFCS 瘫痪，还有一套简单的模拟式备份飞控系统作为备份。
1982 年在爱德华兹 AFB 展出的 F-16/AFTI，突起的突起的脊背和进气口下方的鸭翼是其醒目特征
语音控制互动设备
AFTI F-16 座舱内安装了一个被称为语音控制互动设备（VCID）的不寻常设备，由利尔-西格勒公司制造。该语音控制系统具有 32~256 个单词的词库，可用对 AFTI 的航电进行控制。在 VCID 测试的初期阶段只用简单的单单词语音指令，例如“menu”、“data”、罗盘的方位、数字、音标字母。VCID 只用于例如导航这类的非关键功能控制上。在测试的后期阶段进行了复杂的多单词语音命令的可行性测试。
VCID 的难点不在硬件或软件上，而是该系统只针对一种类型的声音进行了训练，识别率随着语音质量的下降而迅速恶化。只有很少的飞行员能在 5g 以上的机动中说话（GD 曾用离心机进行过研究，只发现一名飞行员能在 9g 过载时还能说出指令），并且 F-16 在高 g 机动时座舱噪音水平会迅速超过 120 分贝。总体而言，该项目的研究结果相当喜人，识别率达到了 90%。
AFTI F-16 的座舱，三个 MFD
头盔目标指示瞄准器
AFTI F-16 测试的另一项技术就是头盔目标指示瞄准器。与传统的使用油门杆的光标控制按钮来指定目标不同，AFTI 的飞行员只需看向目标，并把护目镜上直径 12.7mm 的准星对准目标，然后按下指定按钮就可以锁定目标，与光标控制方式相比最大限度简化了动作。同时 FLIR 和雷达自动随动于头部。
AFTI 的座舱内设置了一个磁场来确定飞行员头部的相对位置，飞行员头部正后方安装了一个磁场发射机，头盔上安装了一个 0.113 千克的接收器。此外头盔目标指示瞄准器还能为飞行员指示目标方位，通过 4 个 LED（上下左右）来告知飞行员要向哪个方向转动头部。
AFTI F-16 的头盔目标指示瞄准器，外形有点像现在的 JHMCS