Nhà thiết kế chính của hãng Supermarine, R.J. Mitchell, đã từng chiến thắng bốn giải Schneider Trophy trong các cuộc đua thủy phi cơ bằng các thiết kế của ông (Sea Lion II năm 1922, S 5 năm 1927, S 6 năm 1929 và S 6b năm 1931), phối hợp các kiểu động cơ Napier Lion và Rolls-Royce "R" mạnh mẽ với những chú ý tỉ mỉ vào sự suôn thẳng mượt mà. Những chất lượng tương đương như vậy đã có ích cho việc thiết kế một chiếc máy bay tiêm kích, và vào năm 1931, Mitchell chế tạo ra một chiếc máy bay để đáp ứng một tiêu chuẩn của Bộ Hàng không (F7/30) về một kiểu máy bay tiêm kích cánh đơn mới và hiện đại.

Dự định đầu tiên về một chiếc máy bay tiêm kích đưa đến kết quả một chiếc máy bay cánh đơn có buồng lái dạng mở, cánh dạng hải âu và một bộ càng đáp lớn cố định, trang bị động cơ Rolls-Royce Goshawk làm mát bằng không khí.[3] Chiếc Supermarine Kiểu 224 không đáp ứng các tiêu chuẩn đặt ra; cũng như mọi thiết kế cạnh tranh khác cũng đều thất bại.

Mitchell nhanh chóng chuyển hướng sự chú tâm của ông đến một thiết kế được cải tiến như một sự đầu tư cá nhân, dưới sự hậu thuẫn của chủ nhân Supermarine là Vickers-Armstrongs. Kiểu thiết kế mới bổ sung càng đáp xếp được, buồng lái kín, hệ thống thở oxy, và một động cơ mạnh mẽ hơn mới được phát triển Rolls-Royce PV-12, sau này được đặt tên là Merlin, sử dụng cho tất cả các phiên bản từ Spitfire Mk I đến Mk IX, sau đó kiểu động cơ Rolls Royce Griffon được sử dụng thay thế.

Đến năm 1935, Bộ Hàng không chứng kiến nhiều tiến bộ trong công nghiệp hàng không đủ để thử lại một kiểu máy bay cánh đơn lần nữa. Họ sau đó loại bỏ thiết kế chiếc Supermarine mới vì nó không mang được vũ khí là tám súng máy như yêu cầu đặt ra, và dường như không còn chỗ để làm điều đó.

Thiết kế cánh dạng elip

Một lần nữa, Mitchell lại có khả năng giải quyết vấn đề. Đã có dư luận cho là sau khi nhìn thấy nhiều kiểu máy bay Heinkel, ông đã quyết định sử dụng cánh dạng elip cho phép có chiều rộng cánh lớn hơn đủ chỗ cho tám súng máy theo yêu cầu, trong khi vẫn giữ được độ cản thấp của kiểu cánh đơn giản thiết kế trước đây. Chuyên viên khí động học của Mitchell là Beverley Shenstone, dù sao, cũng đã chỉ ra rằng kiểu cánh của Mitchell không phải là sự sao chép trực tiếp từ chiếc Heinkel He 70, như nhiều người đã nêu ra. Ngoài việc cánh của chiếc Spitfire mỏng hơn nhiều và có mặt cắt ngang hoàn toàn khác biệt, vấn đề ở chỗ sự phát triển song song trên cùng giải pháp kỹ thuật; cánh dạng elip có hiệu quả nhất trong sự phân phối lực nâng dọc theo sải cánh, và cũng có tính năng bay tốt ở tốc độ chòng chành - một điều luôn gắn bó cùng Mitchell.[4] Cho dù thế nào, cánh dạng elip đã đủ để cho chiếc Kiểu 300 đạt được sự quan tâm của Bộ Hàng không, và họ đã cấp kinh phí bằng một tiêu chuẩn mới, F.10/35, được vạch ra dựa vào chiếc Spitfire.

Những đường nét bóng mượt của chiếc Spitfire góp phần khá lớn vào tính chất khí động học tuyệt vời, vẻ thanh nhã mẫu mực và thiết kế trong sáng. Điều này đặc biệt đúng khi dạng cánh elip đồng điệu với dạng máy bay. Thời gian đã chứng minh sự tiên tiến của thiết kế này so với các thiết kế khác đương thời; kiểu cánh elip cho phép đạt đến tốc độ cao hơn mà không mắc phải sự rung động cánh tà do tốc độ Mach, một hiện tượng tiếp tục làm hại nhiều thiết kế mới hơn. Kiểu cánh này cho phép đạt tốc độ an toàn ở Mach 0,83 và tối đa Mach 0,86, cung cấp một góc nhị diện 6° để gia tăng sự ổn định dọc. Dạng elip được chứng minh là dạng cánh hiệu quả nhất tối ưu hóa sự phân phối lực nâng dọc theo cánh, trong khi bề rộng cánh được thu nhỏ dần đưa đến kết quả có một tỉ lệ dài-rộng cánh cao, quan trọng để làm giảm nhẹ lực cản để dòng không khí không bị "gẩy’ trên cánh. Một điều quan trọng đáng kể khác là độ dày cánh thấp so với tỉ lệ bề rộng cánh - cánh mỏng giúp cho dòng không khí hiệu quả, một yếu tố quan trọng khác làm giảm lực cản. Các nỗ lực nhằm duy trì thiết kế cánh mỏng, lực cản thấp đưa đến kết quả là hệ thống càng đáp được xếp ra ngoài khi thu lại, một tư thế nhằm bố trí cơ cấu xếp càng cồng kềnh vào phần dày nhất của cánh gần sát thân, cho phép độ dày của cánh được giảm dần từ trong ra ngoài, duy trì được đặc tính khí động học ưa chuộng được cung cấp bởi kiểu thiết kế này. Tuy vậy điều này lại làm tổn hại đến tính năng điều khiển máy bay trên mặt đất; Spitfire tỏ ra không ổn định khi chạy trên đường lăn do vệt bánh đáp chính khá hẹp.

Dạng cánh elip được chọn do những đóng góp cho ưu thế khí động học, nhưng nó cũng là một loại cánh chế tạo rất phức tạp, trong khi kiểu cánh vuông góc của Messerschmitt Bf 109 lại dễ chế tạo cũng đem lại tính năng bay tương đương (đối chiếu từng phiên bản tương đương) so với Spitfire. Đã có báo cáo cho biết Bf 109 chỉ cần một-phần-ba số giờ công để chế tạo so với chiếc Spitfire.

Một thiếu sót trong thiết kế cánh mỏng của chiếc Spitfire bộc lộ ra khi chiếc máy bay đạt đến tốc độ rất cao. Khi phi công dự định lộn vòng ở tốc độ như vậy, những lực khí động học áp lên các cánh tà đủ mạnh để làm xoắn toàn bộ đầu cánh theo hướng ngược lại hướng lệch của cánh tà, đưa đến hậu quả là chiếc Spitfire lộn vòng theo hướng ngược lại dự tính của phi công.

Tên gọi

Bộ Hàng không đề xuất một số tên gọi cho Vickers-Armstrongs cho chiếc máy bay mới, mà ban đầu tạm gọi là ’’’Kiểu 300’’’, bao gồm cả cái tên không hiện thực Shrew. Tên gọi Spitfire được đề nghị bởi Sir Robert MacLean, giám đốc của Vickers-Armstrongs thời đó, thường gọi đứa con gái Ann của ông là "spitfire nhỏ bé". Tên gọi này có nguồn gốc từ thời Elizabeth, chỉ đến một kiểu người đặc biệt sôi nổi, nồng nhiệt, dữ tợn; và vào thời đó, liên quan đến một bé gái hay phụ nữ có tính cách như thế.[5] Cái tên này trước đó đã được dùng một cách không chính thức cho một thiết kế trước đây của Mitchell, chiếc F.7/30 Kiểu 224. Mitchell được tường thuật đã phát biểu rằng "một cái tên chết tiệt ngớ ngẩn mà người ta có thể chọn được",[6] có thể là gián tiếp liên quan đến một kiểu máy bay không thành công trước đây trong số những thiết kế của ông được đặt cùng một tên đó.