Silnik Silnik General Electric J-79 napędzający XF-104 posiadał po obu stronach kadłuba dwa zoptymalizowane do lotów z dużymi prędkościami naddźwiękowymi chwyty powietrza ze stałymi stożkami wlotowymi. Stosunek oporu powietrza do generowanego przez silniki ciągu był bardzo dobry i umożliwiał osiągnięcie prędkości powyżej 2 Ma. Prawdopodobnie prędkość maszyny mogłaby być jeszcze większa, ale barierą była aluminiowa konstrukcja kadłuba i ograniczenia temperaturowe silnika. Późniejsze wersje produkcyjne maszyny posiadały nowsze wersje silnika J-79 mocniejsze o 30%.
Uzbrojenie i wyposażenie W samolocie XF-104 zastosowano unikalne rozwiązanie fotela katapultowego Lockheed C-1 wystrzeliwanego do dołu przez podłogę maszyny ze względu na duże niebezpieczeństwo uderzenia o wysokie usterzenie ogonowe w kształcie litery T. Po uruchomieniu urządzenia katapultującego, nogi pilota były podciągane do tułowia poprzez system linek umożliwiając bezpieczne opuszczenie kabiny przez jej podłogę. System ten uniemożliwiał ewakuację podczas lotów na pułapie niższym niż 152 metry, dlatego zrezygnowano z tego rozwiązania. Następnym fotelem był wystrzeliwany do góry Lockheed C-2, zdolny do uratowania pilota na pułapie zero przy prędkościach większych niż 170 km/h.