F-35 trông giống như một đứa em nhỏ hơn, một động cơ và trông bình thường hơn so với đàn anh mượt mà hai động cơ F-22 Raptor, và dĩ nhiên, vay mượn một số yếu tố thiết kế của nó.

Thiết kế F-35B bố trí động cơ dựa trên thiết kế máy bay Convair 200 năm 1972 mà Lockheed Martin được thừa hưởng khi thâu tóm General Dynamics. Ống xả kiểu 3BSD dựa trên công nghệ đã phát triển từ trước của Pratt & Whitney từ năm 1967.[8]

Để giành lợi thế trong đấu thầu dự án X-35 Lockheed Martin đã chi tiền để công ty Yakovlev chế thử một số mẫu Yak-141 mà Yakovlev đã xây dựng thiết kế cơ sở nhưng không có tiền và khách hàng tiềm năng để triển khai trong thập niên 90.

Đổi lại, Lockheed Martin có quyền thu thập các tham số bay thử và qua đó tích lũy kinh nghiệm về chế tạo máy bay có khả năng hạ cánh thẳng đứng. Việc này gây ra những suy đoán về sự tương đồng của F-35B với kiểu máy bay hoàn toàn khác hẳn là Yakovlev Yak-141 "Freestyle".[9]

Kỹ thuật tàng hình làm cho chiếc máy bay khó bị phát hiện bởi các radar tần số cao như băng tần C, Ku, X và 1 phần băng tần S.

Một vài điểm cải tiến so với thế hệ máy bay chiến đấu hiện tại là:

• Kỹ thuật tàng hình bền bỉ và bảo trì ít tốn kém hơn;
• Hệ thống radar và cảm biến tích hợp phối hợp thông tin trên máy bay và từ mặt đất nhằm tăng cường khả năng nhận biết tình huống của phi công, nhận biết địch thủ và sử dụng vũ khí, cũng như chuyển tiếp thông tin nhanh chóng đến các nút chỉ huy và điều khiển khác;
• Mạng lưới dữ liệu tốc độ cao bao gồm IEEE-1394b [10] và Fibre Channel[11]
• Chi phí duy trì vòng đời thấp.

Mặc dù kỹ thuật hiển thị thông tin lên mũ bay (helmet-mounted display) đã áp dụng trên một số máy bay chiến đấu thế hệ IV như JAS 39 Gripen của Thụy Điển, F-35 sẽ là máy bay đầu tiên mà kỹ thuật này sẽ hoàn toàn thay thế cho kỹ thuật hiển thị thông tin trước mặt (head-up display).[12]

Các Hệ thống Điện tử

Cảm biến chính của F-35 là radar kiểu tương phản pha chủ động AN/APG-81, thiết kế bởi Northrop Grumman Electronic Systems.[13] Nó được bổ sung bởi hệ thống EOTS (Electro-Optical Targeting System; Nhận biết mục tiêu quang-điện tử) gắn dưới mũi máy bay, thiết kế bởi Lockheed Martin và BAE.[14] Các cảm biến quang-điện tử khác được phân bố trên thân máy bay là một phần của hệ thống AN/AAS-37 hoạt động như là hệ thống cảnh báo tên lửa, dẫn đường và bay đêm.

Tỉ số lực đẩy/khối lượng

Kiểu cải biến F-35B có nguy cơ giảm các tính năng cơ động vì các trang bị nâng thẳng làm nó nặng hơn quá mức – đến 1 tấn (2.200 lbs) hay 8%. Để bù lại, Lockheed Martin đã tăng cường lực đẩy động cơ, giảm trọng lượng hơn 1 tấn do vỏ bọc máy bay mỏng hơn, thu nhỏ ngăn chứa vũ khí trong thân máy bay và cánh đứng, dẫn lại một phần lực đẩy sang ống thoát chính; và thiết kế lại kết nối cánh-thân, một phần hệ thống điện, và phần máy bay ngay sau khoang lái.[15]

Giải pháp chứa vũ khí bên trong thân nhằm tàng hình và tối ưu khí động học, nhưng làm cho quá trình kiểm tra tính tương thích vũ khí trở nên khó khăn hơn.

Trách nhiệm sản xuất

• Lockheed Martin Aeronautics (nhà thầu chính): lắp ráp tổng thành, tích hợp hệ thống chung, hệ thống kiểm soát phi vụ, thân trước, cánh, hệ thống kiểm soát bay.
• Pratt & Whitney: cung cấp động cơ phản lực F135-PW-100/400 cho F35A/C và F135-PW-600 cho F-35B
• Northrop Grumman: radar mảng pha quét điện tử chủ động (AESA-Active Electronically Scanned Array), thân giữa, khoang vũ khí, bộ phận hạ cánh.
• BAE Systems: thân sau và cánh ổn định, cánh đuôi ngang và đứng, hệ thống giúp thở và thoát hiểm, các hệ thống chiến tranh điện tử, hệ thống nhiên liệu, phần mềm kiểm soát bay (FCS1-Flight Control Software).