并不具备多用途能力，设备也简单。其实就是一种纯粹的昼间点防御战斗机，主要用于近距离对空作战。在某种意义上说，早期的 F-104 就是一种 M2
一级的“超级米格-15”。
F-104
最初设想的作战模式是在超音速状态下巡航（当然是开加力的，和现代的“超音速巡航”完全是两种概念）和空战，为此高空高速性能成为重中之重。为了实现设计目标，凯利·约翰逊采用了独树一帜的设计。
全机采用正常式布局，单发单座，两侧进气，机翼为带大下反角的平直翼，T
形尾翼布局。为了减小阻力，机身长细比较大，并有明显的蜂腰设计。
其机翼设计尤为特殊。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作（即荷兰滚）的趋势，机翼采用了高达
10 度的下反角。机翼平面形状为小后掠角的平直翼系列。翼展极小，仅有 6.68 米！以至于试飞员第一次见到 XF-104
时竟然问到：“机翼在哪儿？”翼根和翼尖的相对厚度均只有 3.36％。由于机翼弦长小，翼根绝对厚度也很小，只有 0.105
米！机翼前缘半径更是小到令人瞠目的地步——只有 0.41
毫米！有人开玩笑说，这已经可以拿去切牛排了。这样特殊的机翼根本无法以常规方法制造，而且常规结构也无法保证其强度，所以 F-104
的机翼实际上就是用实心钢板铣出来的。为了减阻，其机翼面积也相当小，仅有 18.22 平方米。
为了降低起降速度，F-104
还采用了附面层控制技术（也就是现在的“吹气襟翼”），从而成为世界上第一架采用这种技术的战斗机。常规襟翼放下后，在其上表面会产生紊流，从而导致襟翼效率下降。F-104
则从发动机第 17 级压气机处引气至襟翼、机翼结合部，当襟翼放下至 15 度时，引气系统开始工作，当襟翼达到 45
度最大偏度时，引气系统也处于全开状态。高压气流从襟翼铰链线处的狭缝沿襟翼上表面喷出，给当地附面层补充能量，减小了由于附面层分离而导致的紊流，从而提高了襟翼效率，F-104
的失速速度因此减小了 15
节！全展向前缘襟翼和后缘襟翼联动，用于飞机起降和低速机动。副翼比较特别，只能单向偏转，并且受后缘襟翼影响，当后缘襟翼处于全放下位置时，副翼只能达到最大偏角的
65％。
F-104 采用 T 形尾翼布局，显然是出于减阻的考虑。T
形布局，平尾的尾臂长，因此面积可以减小，配平阻力也小。但这种布局最大的问题是，较大迎角时，由于受机翼下洗流影响，平尾可能失去操纵能力——一旦飞机进入失控状态，这种缺陷很可能是致命的。全动平尾是作为一个整体组件安装在垂尾顶部，因此无法差动——事实上这种设计，差动的效果也不会好。