Vấn đề an toàn của chiếc F-104 Starfighter trở thành một đề tài được báo chí quan tâm đặc biệt là tại Đức vào giữa những năm 1960 và kéo dài trong trí nhớ của công luận cho đến tận hôm nay. Một số nước đã mất gần phân nửa số máy bay của họ do các tai nạn, mặc dù tỉ lệ tai nạn thay đổi phụ thuộc vào bên sử dụng và điều kiện hoạt động. Không quân Tây Ban Nha, lấy ví dụ, không mất chiếc nào, trong khi chiếc Starfighter được các phi công của Không quân Italy (Aeronautica Militare Italiana) đặc biệt ưa chuộng, cho dù tỉ lệ tai nạn của họ còn xa mới ở mức thấp nhất trong số các bên sử dụng Starfighter.

Trong số các phi công Không quân Hoa Kỳ bị thiệt mạng trong các tai nạn của chiếc F-104, đáng kể nhất là Thiếu tá Robert H. Lawrence, Jr. và Đại úy Iven Kincheloe. Phi công dân sự Joe Walker (sĩ quan Không lực Mỹ nghỉ hưu) thiệt mạng trong vụ va chạm trên không cùng một chiếc XB-70 Valkyrie trong khi đang lái một chiếc F-104. Chuck Yeager suýt chết khi ông bị mất kiểm soát một chiếc NF-104A khi dự định phá một kỷ lục bay ở tầm cao. Ông bị mất đầu hai ngón tay và phải nằm bệnh viện một thời gian dài do bị bỏng nặng sau chuyến bay.

• Các đặc tính máy bay tổng quát

Loạt máy bay F-104 có áp lực cánh rất lớn (và càng lớn hơn nữa khi mang thêm tải trọng bên ngoài) nên yêu cầu tốc độ bay luôn phải được duy trì ở mức cao vào mọi lúc. Chế độ bay ở góc tấn cao được bảo vệ bởi một hệ thống rung cần lái để cảnh báo phi công đang đạt đến xu hướng bị chòng chành, và nếu cảnh báo này bị bỏ qua hệ thống sẽ tự động hạ thấp mũi máy bay để có được một góc tấn an toàn hơn, nhưng điều này đôi khi bị phi công cho lướt qua. Ở góc tấn cực lớn, chiếc F-104 sẽ bị ngóc mũi và lọt vào vòng xoáy mà trong đa số trường hợp không thể phục hồi được. Không giống như loại máy bay hai động cơ như kiểu F-4 Phantom II, chiếc F-104 với một động cơ duy nhất không có được khoảng an toàn khi một động cơ bị hỏng, và do đó có tỉ lệ lướt khi không có lực đẩy rất kém.

• Những vấn đề ban đầu

Động cơ J79 là một kiểu động cơ mới và vẫn còn đang tiếp tục được phát triển hoàn thiện trong khi kiểu tiền sản xuất YF-104A được thử nghiệm và được đưa vào sử dụng cùng kiểu sản xuất hàng loạt F-104A. Loại động cơ này được thiết kế có tính năng thay đổi được góc của cánh quạt nén stator một cách tự động dựa vào cao độ và nhiệt độ. Một tình trạng được biết dưới tên gọi "T-2 reset" (một chức năng thông thường thay đổi góc cánh quạt nén stator) đã gây ra nhiều vụ hỏng động cơ khi cất cánh. Người ta đã khám phá ra rằng sự thay đổi nhiệt độ nhiều và đột ngột (như từ vị trí đỗ dưới ánh nắng mặt trời sang cất cánh) đã gây ra đóng cánh quạt nén stator một cách sai lầm và làm ngưng động cơ. Mối nguy hiểm bị tắt động cơ khi cất cánh còn ở cao độ rất thấp lại càng nguy hiểm hơn do kiểu ghế phóng hướng xuống dưới khiến phi công có rất ít cơ may thoát ra được an toàn. Hệ thống động cơ sau đó được cải tiến và ghế phóng được đổi sang kiểu hướng lên trên thông thường hơn. Ngoài ra còn có hiện tượng dao động thùng nhiên liệu đầu cánh đã khiến gảy lìa một cánh ra khỏi một chiếc F-104B; vấn đề này sau đó đã được giải quyết bằng cách đổ đầy các ngăn của thùng nhiên liệu theo một trình tự đặc biệt.[6]

• Những vấn đề sau đó

Một vấn đề về động cơ sau đó là việc mở ra không kiểm soát được ống phụt thay đổi lực đẩy (thường do thất thoát dầu động cơ); khi mà, cho dù động cơ vẫn có thể hoạt động với mức công suất cao, việc cửa ống phụt bị mở ra đã gây hậu quả làm mất đi một cách lớn lao lực đẩy. Một chương trình cải tiến đã trang bị một hệ thống điều khiển đóng cửa ống phụt một cách thủ công đã giúp giảm thiểu vấn đề này. Động cơ cũng bị ảnh hưởng bởi hiện tượng thổi tắt đốt sau khi cất cánh hoặc đôi khi không khởi động được khiến mất đi rất nhiều lực đẩy, vốn có thể được phi công phát hiện, và biện pháp khuyên áp dụng là hủy bỏ việc cất cánh. Tai nạn chết người đầu tiên xảy ra trong hoạt động tại Đức là do nguyên nhân này. Một số đội bay gặp phải tình trạng kích hoạt không điều khiển cơ chế "rung cần lái" khi bay thẳng và ngang ở cao độ thấp, nên nhiều đội bay đã F-104 đã thường bay với hệ thống này bị vô hiệu hóa, nên không được hệ thống này bảo vệ. Việc kích hoạt cánh nắp không đồng bộ cũng là một nguyên nhân thường gặp của các tai nạn, cũng như là một vấn đề dai dẳng khác khi bánh đáp mũi bị rung lắc mạnh khi hạ cánh thường đưa đến hậu quả máy bay bị trượt khỏi đường băng và đôi khi còn bị lật úp.[7]

• Hoạt động trong Không quân Đức

Việc giới thiệu một kiểu máy bay kỹ thuật cao cho một không lực mới được cải tổ đầy dẫy những vấn đề. Nhiều phi công và đội kỹ thuật mặt đất đã chuyển sang các nghề nghiệp dân sự sau Thế Chiến II và đã không theo kịp với những sự phát triển gần đây, khi mà các phi công được gửi đến các khoá huấn luyện "tu nghiệp" ngắn hạn trên những chiếc máy bay phản lực đời đầu chậm chạp và điều khiển nhẹ nhàng. Các đội kỹ thuật mặt đất cũng được sử dụng như thế với quá trình huấn luyện và kinh nghiệm tối thiểu. Hoạt động trong điều kiện về thời tiết rất tệ hại ở Tây Bắc châu Âu (hoàn toàn không giống thời tiết tốt khi huấn luyện ở Căn cứ Không quân Luke tại Arizona) và bay với tốc độ cao và cao độ thấp trong địa hình đồi núi, một số lớn các tai nạn là do bay đâm vào địa hình (CFIT), một cách sòng phẳng là không có liên quan gì đến bản thân chiếc máy bay.

Nhiều tổn thất của Canada cũng do cùng nguyên nhân này vì cả hai lực lượng không quân đều hoạt động trên cùng đất nước. Một yếu tố thêm nữa là những chiếc máy bay phải đậu ngoài trời đối mặt cùng các điều kiện thời tiết khắc nghiệt (mưa, tuyết...) nơi mà hơi ẩm ảnh hưởng đến các hệ thống thiết bị điện tử mong manh. Cũng cần ghi chú thêm rằng kiểu ghế phóng Lockheed C-2 không thể đảm bảo việc thoát ra an toàn và Không quân Đức đã trang bị lại kiểu Martin Baker GQ-7A có khả năng hơn kể từ năm 1967, và nhiều nước sử dụng khác đã lẵng lặng tiếp nối. Vào năm 1966, Johannes Steinhoff nắm quyền chỉ huy Không quân Đức và đã cho ngừng bay toàn bộ đội máy bay F-104 cho đến khi ông ta được thỏa mãn rằng mọi vấn đề đã được giải quyết hay ít nhất được giảm thiểu. Trong những năm sau đó, thành tích an toàn của đội máy bay F-104 Đức được cải thiện cho dù một vấn đề mới về hỏng cấu trúc cánh nảy sinh. Các tính toán ban đầu về giảm sức chịu đựng kim loại đã không xét đến con số chu kỳ gia tốc G cực lớn mà đội máy bay F-104 Đức phải gánh chịu, và nhiều khung máy bay đã phải quay về xưởng bảo trì để thay cánh, trong khi một số khác được đơn giản là cho nghỉ hưu. Cho đến cuối quá trình phục vụ trong Không quân Đức, một số máy bay đã được cải biến để mang thiết bị ADR tức là "hộp đen" để có thể xác định nguyên nhân gây ra tai nạn.[8]

• Các nguy cơ hoạt động thông thường

Nhiều nguyên nhân của các vụ tai nạn mất máy bay là giống như các kiểu máy bay khác. Chúng bao gồm: va phải chim (đặc biệt là cho động cơ), sấm chớp, mất định hướng trên không của phi công, và đụng nhau trên không cùng những máy bay khác. Một tai nạn đặc biệt thảm khốc đáng chú ý xảy ra vào ngày 19 tháng 6 năm 1962 khi một đội hình bốn chiếc máy bay F-104F đang thực tập cho buổi lễ chính thức đưa kiểu máy bay này vào hoạt động, và tai nạn đã xảy ra khi hạ thấp nghiêng cánh xuyên qua một đám mây. Tai nạn này được giải thích có thể là do sự mất định hướng trên không của phi công dẫn đầu, và do đó các đội bay thao diễn theo đội hình đã bị cấm trong Không quân Đức kể từ ngày đó.[9]

• So sánh với các kiểu máy bay khác.

Một nghiên cứu của Không quân Hoa Kỳ về tỉ lệ tai nạn của tất cả những chiếc máy bay tiêm kích thuộc loạt Thế Kỷ với hơn 750.000 giờ bay cho thấy chiếc F-100 Super Sabre dẫn đầu bảng tỉ lệ tai nạn với số tai nạn gấp đôi chiếc F-104 (đứng thứ hai trong danh sách), và theo sát là kiểu máy bay F-102 Delta Dagger.[2]