F-104设计重点在于高空高速、大爬升率,为此牺牲了续航能力和盘旋性能。为了降低造价和减轻重量,早期的F-104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。F-104最初设想的作战模式是在超音速状态下巡航和空战,为此高空高速性能十分重要。F-104全机采用正例程布局,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。机翼的特征是相当薄(后期机种较厚),在美国电影“星战F-104”(原文THESTARFIGHTERS)中,则有以F-104机翼切割纸张之画面。为了减小阻力,机身长细比较大,并有明显的蜂腰设计。为了抑制飞机在俯仰轴和航向轴产生耦合动作(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。