F-16戰鬥機選用了邊條翼，空戰襟翼、翼身融合體、放寬靜穩定度、電傳操縱和高過載座艙等新技術來提高飛機的空戰性能。F-16的結構材料80.6％是鋁合金，7.6％是鋼，2.8％是復合材料，1.5％是鈦合金，7.5％為其它材料。
F-16在總體布局上采用了隨控布局中的“放寬靜穩定度”技術。與常規布局相比，機翼向前移動了40.6厘米，從而使氣動力中心前移，在速度為0.9馬赫時靜穩定度略為負值，而在速度為1.2馬赫時為8％。
飛機靠“增穩系統”自動控制舵面，保持穩定飛行。這樣帶來的好處是減小了尾翼尺寸，降低了結構重量和阻力，改善了飛機的操縱性，同時提高了機動能力。
機翼
F-16采用懸臂式中單翼，平面幾何形狀為切角三角形。前緣後掠角40°。展弦比約為3.0，相對厚度約為4％，基本翼型是NACA64A-204。機翼前緣有可隨迎角和馬赫數的變化而自動偏轉以改變機翼彎度的前緣襟翼，使飛機在大迎角時仍保持有效的升力。
機翼後緣有全展長的襟副翼，它既可作為壹般襟翼來增加升力，又可左右差動進行橫向操縱。從翼根前緣沿機身兩側向前延伸的大後掠角邊條翼可以控制渦流，提高大迎角時的升力，改善操縱性和穩定性，減小機翼面積。據計算，采用邊條翼比按常規布局的機翼減輕重量222千克。機翼內部結構由梁、肋組成，上下敷以整體板蒙皮。
機身
采用半硬殼式結構。外形短粗，采用翼身融合體形式與機翼連接，使機身與機翼圓滑地結合在壹起，從而減小了阻力，提高了升阻比，增加了剛度，增加機身容積9％，並使機體減重258千克。
尾翼
全動式平尾，平面幾何外形與機翼類似，下反角25°，平尾翼根整流罩後部是開裂式減速板，最大開度60°。立尾較高，安定面大，大迎角時安定性好，可防尾旋，有全展長的方向舵。
垂直安定面是多梁多肋鋁合金結構，蒙皮是碳纖維復合材料的。垂尾根部整流罩前邊的背鰭是玻璃纖維的。平尾由碳纖維復合材料的蓋板、鋁蜂窩夾芯、鈦合金的梁及鋼制的前緣組成。腹鰭是普通的鋁合金結構。
動力裝置
早期F-16裝壹臺普拉特·惠特尼公司的F100-PW-100渦輪風扇發動機，最大推力7400公斤，加力推力11340公斤。從1984年開始，美國空軍要求通用動力公司生產的F-16安裝通用電氣公司的F110-GE-100渦輪風扇發動機，並且要求兩種發動機可以相互替換。
1991年開始生產的F-16C“布洛克-50”換裝了推力為13163公斤的F-100-PW-229和F110-GE-129發動機.采用固定幾何形狀的腹部進氣道，裝有附面層隔板，其位置適合於在0.8-1.0馬赫的速度範圍內進行空戰。
采用固定式進氣道比采用可調式進氣道節約重量180千克。選擇腹部進氣道是為了在進行機動飛行時，使進氣流所受幹擾最小，並可避免吸入機炮的煙霧。在座艙後部機身上方有空中加油口。機身下的掛架可掛1136升的副油箱，機翼內側掛架可掛1400升副油箱。
座艙
F-16A、F-16C的座艙為單人空調座艙。為改善駕駛員視界采用氣泡式座艙蓋，這種新式的座艙蓋可使駕駛員的上半球視野達360°，壹側至另壹側為260°，前後為195°，側下方為40°，前下方為15°。
采用道格拉斯公司的IE-2零壹零彈射座椅，能在零高度和0~1100公裏／小時的速度範圍內安全彈射。座椅向後傾斜30°，並提高腳蹬位置，這可以使駕駛員在短時間的抗過載能力達到8-9G。
F-16B、F-16D為串列式雙座艙。兩個座艙內裝有全套操縱裝置、顯示裝置、儀表、電子設備及救生系統，可供訓練及作戰使用。第二個座艙的布置與F-16A、F-16C的座艙基本相同，具有所有的系統操縱功能。前後座艙用兩塊透明玻璃板隔開，前後座艙均有良好的視界。
機載設備
早期的F-16A主要設備有：APG壹66脈沖多普勒雷達，下視距離37—56公裏，上視距離46—74公裏；AN／ARN—108儀表著陸系統；SKN-2400慣導系統；雷達光電顯示設備；中央大氣數據計算機；飛行控制計算機等。
F—16A裝AN／APG—66脈沖多普勒火控雷達。進行空戰時有四種工作狀態，即仰視搜索和跟蹤，俯視搜索和跟蹤，格鬥自動截獲目標，自動工作。對於雷達反射面積為5米的目標，APG—66雷達的發現距離，仰視為60—90公裏，俯視為46—65公裏。對於圖—95飛機這樣的大型目標，其最大發現距離可達140公裏左右。
在空對地工作狀態，APG—66雷達有7種工作模式：空對地測距，真實波束地圖測繪，擴展的真實波束地圖測繪，多普勒波速銳化，信標，圖象凍結，對海搜索。而改進型的F—16C采用AN／APG—68火控雷達，這種雷達是由APG—66發展而成的。主要是對三個部件進行了改進，即可編程信號處理機，發射機和低脈沖重復頻率組件。
APG—68的探測距離比APG—66增大40％。這種雷達具有隨要求和武器變化而重編程序、高分辨力地圖測繪、超視距目標識別等能力。它能與“響尾蛇”、“麻雀”、AIM—120等空對空導彈配用。在空對空邊掃描，邊跟蹤狀態時可同時跟蹤10個目標。
在使用航炮時，可先用前置角計算光學顯示和快速熱線顯示模式。在執行對地任務時，有8種工作狀態可選用，即連續計算命中點，連續計算投點，甩投，光電式制導武器投放，掃射，信標，目視地標點和人工方式等。此外，F-16C和F-16A相比，還多了夜間低空導航和瞄準紅外吊艙系統，顯示裝置和計算機也作了改進。
電子系統
進攻性系統：AN/APG-66脈沖多譜勒雷達，其最大搜索距離為185公裏；AN/AAQ-14“藍盾”導航吊艙。“鋪路彭妮”激光追蹤吊艙、“哈姆”瞄準系統吊艙、AN／APX-101敵我識別器。
防禦性系統：AN/ALR-56M威脅告警接收機、AN／ALR-69雷達預警系統、AN/ALE-74雷達預警系統（取代ALR-69）；AN／ALQ-119電子幹擾吊艙、AN／ALQ-131電子幹擾吊艙、AN/ALQ-178內部電子幹擾系統和AN／ALQ-184電子幹擾吊艙；AN／ALE-40、AN/ALE-47紅外誘餌、幹擾絲撒布器。
通信系統：AN／ARC-164或AN／ARC-126甚高頻電臺，KY-58保密話音通信系統
導航系統：LN-93型激光陀螺儀、AN／APN-132雷達高度表，AN／ARN-108儀表著陸系統，AN／ARN-118塔康系統、AN/AAQ-20“探險者”導航系統、全球定位系統。