F-35与前一代战斗机相比有如下进步：廉价耐用的隐身技术；综合的航电设备与感应器融合可以结合从机载与非机载的感应器得到的讯息。IEEE-1394b与光纤的数据交换网络；较低的维护成本；F-35已经利用头盔显示器完全替代抬头显示器。
F-35的隐身设计借鉴了F-22的很多技术与经验，其RCS(雷达反射面积)分析和计算，采用整机计算机模拟（综合了进气道、吸波材料/结构等的影响），比F-117A的分段模拟后合成更先进、全面和精确，同时可以保证飞机表面采用连续曲面设计。该型的头向RCS约为0.065平方米，比苏-27、F-15（空机前向RCS均超过10平方米）低两个数量级。由于F-35武器采用内挂方式，不会引起RCS增大，隐身优势将更明显。
在红外隐身方面，从一些资料可推断出F-35在推力损失仅有2%－3%的情况下，将尾喷管3-5微米中波波段的红外辐射强度减弱了80%－90%，同时使红外辐射波瓣的宽度变窄，减小了红外制导空空导弹的可攻击区。
F-35使用的，也是世界上唯一可以满足F-35性能要求的发动机就是普惠公司研制的F119-PW-100发动机，F119-PW-100也是人类历史上第一型推重比超过10的航空动力系统。F135发动机采用与F119发动机基本相同的核心机。为提高推力，增加了发动机的空气流量和涵道比，提高了发动机的工作温度;为了获得短距起飞和垂直着陆能力，垂直起降型增加了新颖的升力风扇、三轴承旋转喷管、滚转控制喷管。其3级风扇采用超中等展弦比、前掠叶片、线性摩擦焊的整体叶盘和失谐技术，在保持原风扇的高级压比、高效率、大喘振裕度和轻质量的同时，将风扇的截面面积增加了10%-20%。6级压气机与F119发动机的基本相同。
STOVL型F135-PW-600为了满足垂直起降要求，设计了升力风扇+发动机喷管下偏+调姿喷管的垂直起降动力方案。升力风扇由涵道、风扇、D形喷管、联轴器、作动装置和伺服系统组成，由主发动机F135的2级低压涡轮驱动；升力风扇直径为1.27m，可以向前偏转13°，向后偏转30°，在STOVL工作状态下使战斗机上方的冷气流以230kg/s的流量垂直向下喷出，产生90千牛的升力；3轴承偏转喷管垂直向下偏转，产生71.1千牛的升力；该喷管可使发动机的排气从水平偏转到垂直甚至向前，可以使推力从水平方向偏转到垂直向后。
