气动设计
机体
歼-31采用正常布局，机身两侧布置DSI进气道，中等后掠角、后缘前掠的小展弦比机翼，两台发动机中间装有中型尾椎，两个蝶形垂尾向外倾斜。从侧前方看，310验证机与F-22战斗机较为相似。但从俯视图看，310的机身明显短粗，更类似执行攻击任务的F-35战斗机，只是采用双发布局；从侧面看，310的机身厚度单薄很多，因此机身容积远低于F-35，考虑到该机采用双发布局，因此机内电子设备舱、弹舱和燃油舱的体积会更小。
主翼
歼-31机翼呈梯形，装有与机翼近乎等长度的前、后缘襟翼，与F-35A战斗机相似，和F-22、歼-20相比少2个副翼。副翼能够提供更大的滚转力矩，从而增强飞机的滚转性能。但是设置单独的副翼会增加重量、提高造价，而F-35A在美军中执行的是对地攻击任务，对空战性能要求较低，因此取消了副翼。310作为第五代战斗机验证机，对机动性应该有较高要求，因此取消副翼十分奇怪。主翼的厚度较薄，属于针对超音速优化的小展弦比中等后掠角薄翼型方案。
该机机翼相对面积较小，与F-22超过78平方米的巨大机翼相比，其较小的机翼对盘旋性能有较大的影响，同时巡航状态的升阻比较差，影响航程，但减少超音速阻力会有一定优势。
机翼后缘安装有全翼展单块襟翼，而没有使用襟翼-副翼分离的设计，襟翼打开角度较大，这主要是针对短距离起降和航母使用，全翼展大幅襟翼可以使得着舰-起飞速度降低约10节。
平尾
歼-31平尾采用了和主翼类似的设计，平尾前缘和主翼前缘，平尾后缘和主翼后缘相互平行，这主要是为了减少雷达波散射的强波束方向。平尾安装位置较为靠后，平尾后缘在发动机喷管之后，可以提高配平力矩。
但是其向后伸出的距离比F-15、F-22和F-35来说较短，设计相对保守。同时该机虽然采用了靠后的平尾，却没有和类似设计的F-15和F-22一样采用两侧尾撑设计，舵机安装在发动机舱两侧，转轴本身相对于尾翼靠前，需要较大的操作力矩，而且有卡轴的风险。
垂尾
歼-31向外侧倾斜的垂尾，可以有效降低雷达散射，同时也可以使得垂尾部分避开前机身拉出的涡流，提高在大迎角状态的可控性。其面积较大，应该是为了提高飞机高速飞行状态下的方向稳定性，这一点在F-22上表现较为明显。从这一点看该型机将主要针对超音速性能进行优化。
边条
涡升力是60年代以来，飞机气动领域的革命性变化，在主翼之前，利用各种涡流发生装置产生涡流，其流过主翼可以产生强大的升力以提高飞机的升力系数和抬头力矩，配合静不安定设计可以极大的提高飞机升力。常用的涡流发生装置包括了幻影2000上的小型固定副翼、歼-10的鸭翼和F-16的边条。
在五代战斗机上则出现了新式的“棱线”式涡流发生装置，其利用升力体原理，利用机身本身来产生升力，尤其是菱形机头、船型进气道的边线，其效果与传统的边条相当甚至更为强烈，而且可以有效减少边条增加的机身湿面积和阻力。同时菱形机身和船型进气道本身也是减少散射的重要隐身措施，一举多得的“棱线”是五代战斗机性能优势的重要来源。
歼-31上没有采用传统意义的独立边条，而是采用四代机特有的三段式“棱线”边条，采用了菱形的机头和船型（两侧壁向外倾斜）进气道，配合精心设计的折线，同时兼顾了隐身和增升。
起落架
歼-31前起落架安装在飞行员座舱下方，向前方收起；由于采用了双轮结构，曾被军事发烧友误以为可以在航母上起降。其实双轮结构使前起落架无需旋转就可以收入机身，减少了前起落架舱的宽度，适合机体前部直径较小或前起落架位于机体中部的飞机使用，例如中国歼-10战斗机就采用了双轮前起落架，而它是一款纯粹的陆基战斗机。
该型机的起落架设计和中国第五代重型战斗机歼-20设计类似，都采用安装在机翼根部，向前折叠到进气道侧面，这个安装方式是连接强度最强、抗冲击力最好的方式，美国的F-14重型舰载机和F-35舰载型都采用了这个安装方式，当然都是装入翼根而不是装入起落架侧面。
第五代战斗机中需要追求超音速能力的F-22，则采用了进气道下侧安装起落架，收入进气道侧壁方案，结构简单、重量轻，同时不影响机翼外形，但是其抗冲击能力较弱。歼-20和歼-31中型战斗机采用这个独特的方案，主要是要求同时兼顾起落架坚固性和超音速能力，当然也提高了设计的复杂性和重量。
从起落架设计可以了解到，歼-31战斗机是要求有较好的短距起降能力和超音速能力，由此可知，该型机带有很浓厚的舰载战斗机色彩，设计上做了相当的优化。
进气道
歼-31采用位于机身两侧的DSI蚌式进气道，这种进气道用内侧鼓包形成的激波推开附面层气流，使其无法进入进气道干扰发动机工作，具有重量轻、隐身性能好的优点。在进气道后方，是一个十分细长的三角形边条，一直延伸到进气道收缩处；其形状与F-22的边条类似，但长度较短，没有延伸到进气道唇口。
DSI进气道是利用一个基于计算流体力学设计的鼓包达到消除空气附面层和对空气进行预压缩的作用，可以有效降低进气道重量、减少进气道缝隙数量以降低雷达反截面积，最早于F-35战斗机开始应用，而中国为巴基斯坦研制的FC-1战斗机则是最早使用该型进气道的服役机型，歼-10B战斗机和第五代重型战斗机歼-20也采用了该技术。因为起落架舱设计在进气道侧壁，所以该机进气道采用S型进气道，可以利用进气道遮蔽发动机叶片，减少雷达波反射。
弹舱
第五代战斗机追求隐身性能，所以必须尽可能减少飞机外表面各种突起，而外挂的武器弹药和副油箱就是外表面最强烈的反射源。所以第四代战斗机设计上，都将常用的武器置入机身弹舱内，弹舱也成为了整个机体设计的难点，其增大了机身内部体积造成空重的大幅度上升，同时还使得机身变宽变厚加大阻力。
歼-31的机身，相对F-22和歼-20来说较为瘦削和单薄，在发动机直径相差不大的情况下其弹仓高度和宽度都必然较小；同时由于起落架收入机身侧面，其也无法像F-35一样利用进气道侧面空间布置大型弹舱只能和F-22和歼-20一样在机身下部布置弹舱。
从其机身厚度分析，如果采用类似F-22和歼-20的同时具有乱序发射-高G机动发射-大迎角发射-高速发射能力的大型弹射挂架，其较薄的机身只能安装如米卡（MICA）类似大小的较小体型空对空导弹，如果采用类似F-35的较为简单的挂架设计，则可以携带如PL-12这样的标准尺寸空对空导弹。
当然这主要是针对雷达制导中距离空对空导弹，小巧的红外制导近距离格斗导弹需要在发射前就锁定目标，因此在F-22和歼-20上设计了复杂笨重的侧弹舱，可以在高速机动状态下将导弹伸出机体外，用红外导引头捕捉目标然后发射，由于该机机身侧面被起落架舱占据，同时机身长度也不如歼-20那样可以在安装起落架舱后仍然有空间布置格斗弹舱，因此该机应该没有携带格斗弹的弹舱。由于较小的腹部弹舱，该机基本不可能拥有类似F-35这样携带重型炸弹的能力，从这个角度来看该型飞机还是一种典型的制空用战斗机。
油箱
常规战斗机外挂武器和副油箱是最严重的附加反射源，因此第四代战斗机设计中非常重视减少副油箱的使用，在普通作战任务中尽可能完全依靠机内燃油完成，这与第四代战斗机严重依赖副油箱的情况完全不同。
因此第五代战斗机都极大的增大了内油容量，比如F-22内油增大到超过10吨，而F-35作为单发战斗机也增加到了8吨以上。但是内油的增加也必然带来飞机体积的增大，以及随之而来不可避免的重量上升。中国歼-31本身体型较为单薄，同时较薄较小的主翼也难以布置大型油箱，因此其载油量很有可能较低，只能达到四代战斗机水平而不是第五代战斗机的大内油标准。
座舱
歼-31座舱盖类似F-22，但外露部分尺寸较小，而后方飞机背脊尺寸较大，这有利于降低飞机阻力，但遮挡了飞行员后方视野，不利于提高空战观察能力。该机座舱盖的结构与歼-11完全一致，分为前部风挡和可向后开启的舱盖两部分，与采用整体舱盖的F-22和歼-20完全不同。在歼-10和歼-11战斗机上，为了满足飞行员警戒自身后方空域的要求，在座舱两侧安装有反光镜，这一方法虽然解决了观察问题，但在隐身飞机上却可能破坏隐身要求。
动力系统
发动机是航空器的心脏，也是决定其设计和性能的关键。歼-31战斗机采用的是两台RD-93加力式涡轮风扇发动机，其也是FC-1“枭龙”战斗机的标准动力。RD-93是在前苏联MIG-29战斗机使用的RD-33涡轮风扇发动机基础上，将附件机匣从顶部更换到底部，以方便单发飞机维护的改型，其也适合于从底部进行维护的双发战斗机。
RD-93属于典型的中等推力涡轮风扇发动机，其推力为81.4千牛，空气流量约70千克/秒。在照片中可以发现后机身壳体和发动机之间有较大缝隙，可以判断其后机身是为国产的9500KGF（9500千克推力）发动机设计，使用RD-93只是前期试飞的权宜之计，在9500KGF通过初期测试后就可以进行换装。9500KGF发动机直径相对较大，达到了1180毫米，RD-93直径则只有1030毫米，因此留有较大空隙。9500KGF发动机配有推力矢量系统，可以在相当程度上提高飞机机动性，推力矢量系统的飞控-发控一体化系统研制具有非常高的难度。
歼-31战斗机面临的主要问题就在于发动机，两台9500KGF发动机的重量远大于F-35的单台F-135发动机，而且推力还不如F-35推力达到191.35千牛即19500千克，而两台9500千克力推力发动机顾名思义，即9500千克x2=19000千克——同时其所占据机身体积更大，这也使得其要达到或者超越F-35的飞行性能，需要在很多方面做出牺牲。
歼-31第二架原型机的发动机将使用中国产品，而非RD-93，未来量产型FC-31也将使用中国发动机。
航空电子
歼-31战斗机的航空电子系统配置还未定型，其出口用版本和向解放军海空军部队推销的版本有较大的区别。如果没有经费限制，其可以直接套用歼-20的电子系统。歼-31采用歼-16一样的飞控系统，都是三轴四余度数字电传并集成驾驶仪功能，座舱采用1平2下（可采用在歼-20上的先进座舱布局方式，中间一座大型多功能显示器），总体空优性能略高于F-35，但多用途能力则有所不如。
新型材料
歼-31隐身战机重大改进型——鹘鹰2.0首飞成功。其中，沈阳航空航天大学所提供的增材制造钛合金承力构件在鹘鹰2.0首飞中发挥重大作用，这也标志着增材制造技术水平比肩国内先进，迈入国内第一梯队水平。
这次承担钛合金承力构件的部门是沈航航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，是东北首家实现增材制造实现装机应用的单位。该实验室负责人介绍，承力构件是鹘鹰2.0飞机机体骨架的重要零部件，该实验室采用3D打印技术制造这种零部件，较传统的“锻铸+机械加工”制造方式比，可节省大型铸锻设备、减少开坯模具，大大缩短研制周期、减少制造成本，未来大规模应用前景广阔。
新型工艺
歼-31作为一型全新研制的中型多用途战斗机，从设计到零件制造再到装配集成，沈阳厂所实现了以增材制造、复合材料为代表的大量新技术、新工艺的突破，满足了新机的高性能要求；同时，为实现型号“快速试制”要求，组建了沈阳新机快速试制中心，以管理模式创新大大缩短产品研制周期。
