X-31A采用鸭式布局，主翼为双三角形下单翼。我们知道，三角翼的通常具有小展弦比和大后掠角，具有跨音速气动特性良好，随着飞行马赫数变化气动中心的移动小，此外有较好的强度、刚度和重量特性，已被超音速飞机广泛采用；但是，对于X-31A而言，三角翼相对于平直机翼和普通后掠翼最大优势是失速迎角大，在大迎角飞行时能仍能保持较大的升力，因此三角翼的选择对X-31A的超音速飞行和大迎角机动是非常适合的。当然三角翼也有其固有的一些缺点，比如三角翼“升力系数-迎角”曲线斜率低，即在一定迎角范围内，其升力系数随迎角的增大增加得比较缓慢，因此对飞机的亚音速飞行性能和着陆、起飞性能都带来不利影响。此外，在迎角较大时将产生强烈的下洗气流，这将对平尾在大迎角下配平性能得发挥产生不利影响，这是X-31A采用鸭式布局的原因之一。其主翼内外侧后掠角不同，内段1/4弦线后掠角为48°6ˊ，外段机翼1/4弦线后掠角为36°36ˊ，可兼顾高低速飞行性能，比一般的三角翼具有更好的大迎角飞行性能。 此外，X-31A机翼还采用了气动扭转和几何扭转，以防止大后掠角时翼尖失速，而主翼采用下单翼布置则是考虑到主翼与鸭式布局前翼的相互影响。
