F-16战斗机选用了边条翼，空战襟翼、翼身融合体、放宽静稳定度、电传操纵和高过载座舱等新技术来提高飞机的空战性能。F-16的结构材料80.6％是铝合金，7.6％是钢，2.8％是复合材料，1.5％是钛合金，7.5％为其它材料。
F-16在总体布局上采用了随控布局中的“放宽静稳定度”技术。与常规布局相比，机翼向前移动了40.6厘米，从而使气动力中心前移，在速度为0.9马赫时静稳定度略为负值，而在速度为1.2马赫时为8％。
飞机靠“增稳系统”自动控制舵面，保持稳定飞行。这样带来的好处是减小了尾翼尺寸，降低了结构重量和阻力，改善了飞机的操纵性，同时提高了机动能力。
机翼
F-16采用悬臂式中单翼，平面几何形状为切角三角形。前缘后掠角40°。展弦比约为3.0，相对厚度约为4％，基本翼型是NACA64A-204。机翼前缘有可随迎角和马赫数的变化而自动偏转以改变机翼弯度的前缘襟翼，使飞机在大迎角时仍保持有效的升力。
机翼后缘有全展长的襟副翼，它既可作为一般襟翼来增加升力，又可左右差动进行横向操纵。从翼根前缘沿机身两侧向前延伸的大后掠角边条翼可以控制涡流，提高大迎角时的升力，改善操纵性和稳定性，减小机翼面积。据计算，采用边条翼比按常规布局的机翼减轻重量222千克。机翼内部结构由梁、肋组成，上下敷以整体板蒙皮。
机身
采用半硬壳式结构。外形短粗，采用翼身融合体形式与机翼连接，使机身与机翼圆滑地结合在一起，从而减小了阻力，提高了升阻比，增加了刚度，增加机身容积9％，并使机体减重258千克。
尾翼
全动式平尾，平面几何外形与机翼类似，下反角25°，平尾翼根整流罩后部是开裂式减速板，最大开度60°。立尾较高，安定面大，大迎角时安定性好，可防尾旋，有全展长的方向舵。
垂直安定面是多梁多肋铝合金结构，蒙皮是碳纤维复合材料的。垂尾根部整流罩前边的背鳍是玻璃纤维的。平尾由碳纤维复合材料的盖板、铝蜂窝夹芯、钛合金的梁及钢制的前缘组成。腹鳍是普通的铝合金结构。
动力装置
早期F-16装一台普拉特·惠特尼公司的F100-PW-100涡轮风扇发动机，最大推力7400公斤，加力推力11340公斤。从1984年开始，美国空军要求通用动力公司生产的F-16安装通用电气公司的F110-GE-100涡轮风扇发动机，并且要求两种发动机可以相互替换。
1991年开始生产的F-16C“布洛克-50”换装了推力为13163公斤的F-100-PW-229和F110-GE-129发动机.采用固定几何形状的腹部进气道，装有附面层隔板，其位置适合于在0.8-1.0马赫的速度范围内进行空战。
采用固定式进气道比采用可调式进气道节约重量180千克。选择腹部进气道是为了在进行机动飞行时，使进气流所受干扰最小，并可避免吸入机炮的烟雾。在座舱后部机身上方有空中加油口。机身下的挂架可挂1136升的副油箱，机翼内侧挂架可挂1400升副油箱。
座舱
F-16A、F-16C的座舱为单人空调座舱。为改善驾驶员视界采用气泡式座舱盖，这种新式的座舱盖可使驾驶员的上半球视野达360°，一侧至另一侧为260°，前后为195°，侧下方为40°，前下方为15°。
采用道格拉斯公司的IE-2零一零弹射座椅，能在零高度和0~1100公里／小时的速度范围内安全弹射。座椅向后倾斜30°，并提高脚蹬位置，这可以使驾驶员在短时间的抗过载能力达到8-9G。
F-16B、F-16D为串列式双座舱。两个座舱内装有全套操纵装置、显示装置、仪表、电子设备及救生系统，可供训练及作战使用。第二个座舱的布置与F-16A、F-16C的座舱基本相同，具有所有的系统操纵功能。前后座舱用两块透明玻璃板隔开，前后座舱均有良好的视界。
机载设备
早期的F-16A主要设备有：APG一66脉冲多普勒雷达，下视距离37—56公里，上视距离46—74公里；AN／ARN—108仪表着陆系统；SKN-2400惯导系统；雷达光电显示设备；中央大气数据计算机；飞行控制计算机等。
F—16A装AN／APG—66脉冲多普勒火控雷达。进行空战时有四种工作状态，即仰视搜索和跟踪，俯视搜索和跟踪，格斗自动截获目标，自动工作。对于雷达反射面积为5米的目标，APG—66雷达的发现距离，仰视为60—90公里，俯视为46—65公里。对于图—95飞机这样的大型目标，其最大发现距离可达140公里左右。
在空对地工作状态，APG—66雷达有7种工作模式：空对地测距，真实波束地图测绘，扩展的真实波束地图测绘，多普勒波速锐化，信标，图象冻结，对海搜索。而改进型的F—16C采用AN／APG—68火控雷达，这种雷达是由APG—66发展而成的。主要是对三个部件进行了改进，即可编程信号处理机，发射机和低脉冲重复频率组件。
APG—68的探测距离比APG—66增大40％。这种雷达具有随要求和武器变化而重编程序、高分辨力地图测绘、超视距目标识别等能力。它能与“响尾蛇”、“麻雀”、AIM—120等空对空导弹配用。在空对空边扫描，边跟踪状态时可同时跟踪10个目标。
在使用航炮时，可先用前置角计算光学显示和快速热线显示模式。在执行对地任务时，有8种工作状态可选用，即连续计算命中点，连续计算投点，甩投，光电式制导武器投放，扫射，信标，目视地标点和人工方式等。此外，F-16C和F-16A相比，还多了夜间低空导航和瞄准红外吊舱系统，显示装置和计算机也作了改进。
电子系统
进攻性系统：AN/APG-66脉冲多谱勒雷达，其最大搜索距离为185公里；AN/AAQ-14“蓝盾”导航吊舱。“铺路彭妮”激光追踪吊舱、“哈姆”瞄准系统吊舱、AN／APX-101敌我识别器。
防御性系统：AN/ALR-56M威胁告警接收机、AN／ALR-69雷达预警系统、AN/ALE-74雷达预警系统（取代ALR-69）；AN／ALQ-119电子干扰吊舱、AN／ALQ-131电子干扰吊舱、AN/ALQ-178内部电子干扰系统和AN／ALQ-184电子干扰吊舱；AN／ALE-40、AN/ALE-47红外诱饵、干扰丝撒布器。
通信系统：AN／ARC-164或AN／ARC-126甚高频电台，KY-58保密话音通信系统
导航系统：LN-93型激光陀螺仪、AN／APN-132雷达高度表，AN／ARN-108仪表着陆系统，AN／ARN-118塔康系统、AN/AAQ-20“探险者”导航系统、全球定位系统。