F-102Btên gọi ban đầu của chiếc F-106A: Chiếc máy bay được trang bị hệ thống kiểm soát hỏa lực tích hợp MA-1 với SAGE Datalink. Nó được trang bị động cơ turbo phản lực có đốt sau J-75, lỗ hút gió có đường kính mở rộng, ống hút gió có hình dạng thay đổi được và chiều dài ngắn hơn, thiết kế lại thân, cánh và đuôi; Ống xả phản lực có thiết bị giảm thiểu lực đẩy không tải, cho phép khí phản lực thổi ra không làm thổi bay những vật thể không được cố định chung quanh, mà lại cho phép hoạt động hoàn hảo ở lực đẩy tối đa bao gồm chế độ có đốt sau. Tính năng bay của chiếc máy bay chưa đạt đến mức mong mỏi.Các cấu hình vũ khí (dự định):2 x AIM-4 Falcon/2 x AIM-4 Falcon/2 x AIM-4 Falcon2 x AIM-4 Falcon/1 x AIM-26 Super-Falcon/2 x AIM-4 Falcon2 x AIM-4 Falcon/1 x AIR-2A Genie/2 x AIM-4 FalconF-106APhiên bản F-106 được cải biến với tính năng bay tốt hơn. Tốc độ tối đa đạt được ít nhất Mach 2,5 và một số đã ước lượng cao đến Mach 2,85 khi bay ngang. Chiếc máy bay có khả năng bay tốc độ siêu âm thấp mà không sử dụng chế độ đốt sau vốn tiêu tốn nhiều nghiên liệu. Trần bay tối đa đạt được ít nhất là 57.000 ft. Nhiều chiếc được trang bị kiểu cánh có mặt khum hình nón để cải thiện tính năng cất cánh, siêu âm và bay tầm cao. Để tăng tầm bay xa, chiếc máy bay được trang bị hai thùng nhiên liệu trên cánh kiểu siêu âm thon nhọn, cho phép duy trì được tốc độ lộn vòng 100° mỗi giây. Vì những thùng này gần như không ảnh hưởng đáng kể đến tính năng bay, chúng hiếm khi được vứt bỏ mà thường mang theo luôn. Sau năm 1972, nhiều chiếc F-106 được trang bị nóc buồng lái mới giúp gia tăng tầm nhìn, các bộ ngắm quang học cải tiến, và trang bị thêm một cụm súng ở khoang giữa.Các cấu hình vũ khí:2 x AIM-4 Falcon/2 x AIM-4 Falcon/2x AIM-4 Falcon2 x AIM-4 Falcon/1 x AIM-26 Super-Falcon/2 x AIM-4 Falcon2 x AIM-4 Falcon/1 x AIR-2A or AIR-2B Genie/2 x AIM-4 Falcon2 x AIM-4 Falcon/1 x Cụm pháo (650 viên đạn)/2 x AIM-4 FalconF-106BPhiên bản huấn luyện hai chỗ ngồi có khả năng chiến đấu. Phi công và huấn luyện viên được bố trí ngồi theo kiểu trước-sau thay vì ngang nhau để có được một kiểu dáng thon thả hơn. Vì thiết kế của chiếc F-106B có một nóc buồng lái lớn hơn, thân máy bay hưởng được hiệu quả quy luật bề mặt tốt hơn; phối hợp cùng một trọng lượng hơi nhẹ hơn đã giúp cho có tốc độ tối đa nhỉnh hơn đôi chút, đạt được ít nhất Mach 2,6 và có thể đến Mach 2,95. Nhiều chiếc được trang bị cánh có mặt khum hình nón hiệu quả hơn.Cấu hình vũ khí (tương tự như của chiếc F-106A)NF-106BTên gọi này được dành cho hai chiếc F-106B được sử dụng như máy bay thử nghiệm tạm thời.F-106CPhiên bản không được chế tạo. Chiếc máy bay được dự định trang bị kiểu radar AN/ASG-18 và hệ thống kiểm soát hỏa lực gắn liền nguyên được phát triển để trang bị cho chiếc F-108A Rapier. Vào lúc đó nó là kiểu radar lớn nhất từng được trang bị cho một chiếc máy bay tiêm kích, đòi hỏi phải có hệ thống vận hành thủy lực để xoay ăn-ten radar. Để chứa được hệ thống radar lớn hơn, mũi máy bay được kéo dài và có đường kính lớn hơn. Thiết kế cung cấp một buồng lái được nâng cao hơn nhằm có tầm nhìn tốt hơn, cánh mũi, và ống hút gió hình chữ nhật kéo dài. Chiếc máy bay có khả năng mang một tên lửa GAR-9/AIM-47A ở khoang vũ khí giữa, và một tên lửa AIM-26A ở mỗi khoang bên. Có một lúc, Không quân Hoa Kỳ dự định mua 350 chiếc máy bay đánh chặn tiên tiến này, nhưng kế hoạch F-106C/D bị hủy bỏ vào ngày 23 tháng 9 năm 1958.[13]F-106DPhiên bản không được chế tạo.F-106XPhiên bản không được chế tạo (đầu năm 1968). Dự định trang bị cánh mũi và một động cơ turbo phản lực JT4B-22. Nó được hình dung như là một kiểu thay thế cho chiếc Lockheed YF-12, và có một hệ thống kiểm soát vũ khí có khả năng "nhìn xuống, bắn xuống" cung cấp bởi một radar có đường kính ănten 40 inch.[6]F-106EPhiên bản không được chế tạo. Vào ngày 3 tháng 9 năm 1968, Convair đề nghị một kiểu máy bay tiêm kích đánh chặn "cải tiến" được đặt tên là F-106E/F. Nó sẽ tương thích với các hệ thống cảnh báo và kiểm soát trên không sắp có cũng như mạng lưới radar phòng thủ "bên kia đường chân trời". Chiếc F-106E/F sẽ có mũi dài hơn và một radar mới được cải tiến có khả năng theo dõi mục tiêu và bắn tên lửa theo cách "nhìn xuống-bắn xuống". Nó cũng có hệ thống radio hai chiều UHF truyền tiếng nói và dữ liệu, có thể mang cả tên lửa thông thường lẫn hạt nhân, bao gồm tên lửa AIM-26 Nuclear Falcon và AIM-47.[14]F-106FPhiên bản không được chế tạo.