2马赫的动力
所有型号的F-104的动力装置都是通用电气的J79可变转子、轴流式喷气发动机。当第一架XF-104(53-7786号机)完成首飞时，它和第二架原型机使用的都是别克制造的赖特J65-B-3发动机，这是美国按照许可证生产的英国阿姆斯特朗.西德利的蓝宝石发动机。在项目的后期阶段，飞机上安装了一台加力燃烧室，成为了J65-W-6，但是第一架XF-104使用不带加力的J65-B-3发动机在俯冲时就超过了音速。革命性的X-24A或者J79发动机(第一种2马赫发动机)的研制与F-104的研发同时进行，因为尼尔.伯吉斯(Neil Burgess)和格哈德.纽曼(Gerhard Newman)率领下的通用电气团队正在解决发动机快速加速而不会导致压缩涡轮叶片失速、低油耗以及在各个速度范围内表现稳定的问题。
发动机的测试在1954年6月开始，而一台J79-GE-3被安装在前15架YF-104A的59-2955号机上，这架飞机在1956年2月17日完成了收尾建造，YF-104A在结构上做出了大量改变，其中包括在基于XF-104的49英尺2英寸长的机身基础上又延长了5英尺9英寸，来容纳更多的油料、向前收放的起落架和修改过后的机身主起落架，此外还增加了一个机腹尾鳍来提高稳定性。
进气道部分也做出了主要的修订，以便解决大推力的J79发动机半锥中心机构在超音速飞行时生成多个冲击波的问题。进入进气道的气流速度被降低在1马赫以下，避免对发动机造成震动，而且一些从J79发动机边上绕过去的气流用于冷却加力燃烧室。进气道被优化为能够承受1.7马赫的飞行速度(或者在动力更强劲的J79-GE-19发动机上的2.0马赫)，而飞机发动机将在这个速度上达到最大的推力。当J79发动机关掉加力后，它还能够保持大约相同的速度。原型的J79-GE-3拥有一个未调制的加力燃烧系统，能够让飞行员以1.1马赫的最大军用推力飞行，或者以2.2马赫的最大加力推力飞行。然而，所有的生产型上都安装了加力燃烧室。
最初向下点火弹射的斯坦利B型弹射座椅，和机身下方可以弹出的舱盖相连，非常简单，而且重量很轻。但在1500英尺高度以下使用的时候会出问题，这时，飞行员应该把飞机倒过来再弹射----由于制造的负过载让飞行员的背部更容易受伤。高空跳伞不管在哪个方面看来都是很少见的，照片中，第二架XF-104(54-7787号机)的座椅拥有一个逃生路线，很明显几乎没有允许犯错的空间。
1956年4月27日，第一架YF-104A达到2.2马赫的速度----在发动机进气道的温度上升到极限以前就达到了这个速度。通常F-104A只能飞到2马赫，而2.2马赫是在寒冷的条件下才能达到的。J79-GE-3在高速下表现的关键就是“T2重置”，就像斯坦.胡德(Stan Hood)少将(他驾驶过从F-80到F-16的各种飞机)解释道的：
“由空气进气道的温度来决定是否将切入T2重置 (在100C°)，它就像是第二台加力燃烧室一样，而发动机的推力将突然提升到103%，过了一会儿你就达到了2马赫并超过了这个速度。”
很高的降落速度也是另一个采用小主翼的必然结果，而这个问题因为自YF-104A开始使用的阿蒂内洛型吹气襟翼而得到了一些缓解。空气的分流从第17级压缩开始被引到襟翼上，当襟翼下放到15°至45°时，通过给55个钛管槽上加压来为襟翼提供边界层控制(Boundary Layer Control：BLC)，把降落的速度降低了30多节。如果一侧的吹气襟翼出现了问题，飞行员同样也要准备好把襟翼收回到15°角，以防止在降落的进场阶段发生突然性的滚转，这是相当危险的。为了给吹气襟翼提供足够的气流，飞机在降落的时候需要加大推力。不依靠吹气襟翼降落是可行的，但是判断触地的速度是否为240节是至关重要的。
所有F-104的型号都有2种襟翼设定模式，对于起飞来说，前部和后部的襟翼都将下放到15°，不打开吹气襟翼。对于降落来说，前部的襟翼下放至30°，而后部的襟翼下放至45°，而下放角度超过15°至“降落”位置后就逐步打开吹气襟翼、飞行员可以在高速飞行时将“起飞”(15°角)襟翼设定为“机动襟翼”，这样，可承受的过载能够提高1G。飞行员经常会使用这样的设定，但是这一切由飞行员自己量行决定，以防止在与盘旋性能更好的飞机格斗中损失速度。
从大约290个可能的机体配置里选择高T尾翼同样也显现出弹射座椅的问题，这时还没有一支套筒式弹射座椅具备足够的动力在2马赫的飞行速度下弹射后不会撞到飞机的尾部。放弃了整体式弹射座舱的想法后，设计师于是开始思考备选方案，其中包括将座舱减压后从下方的一个舱口(在驾驶舱的地板上)弹射，座舱的操纵杆被收起来，而飞行员的双腿向座椅靠拢。
原型机和前26架F-104A的弹射座椅都是斯坦利B向下弹射的座椅型号，安装有一台M3弹射启动装置。这些弹射座椅后来被斯坦利C和C-1弹射座椅取代，该弹射座椅用线与飞行员靴子上的“骨刺”相连，以便安全地把飞行员的腿向后拉，防止被撞伤，同时，护膝也被转下来为大腿提供额外的保护。
到了1960年，所有的F-104A/B和接下来至F-104D双座型都安装了带XM-10双管火箭弹射器的洛克希德C-2弹射座椅(购买了斯坦利的专利)。这就有了足够向上的动力来防止飞行员在加速过程中受伤，而且很多F-104飞行员都更喜欢在F-104G和F-104S上安装的马丁-贝克Mk.GQ7(A)弹射座椅。C-2适合身材高大的飞行员，上面的头枕带来了更好的后方视野，然而，马丁-贝克座椅的优点在低空低速上，C-2的弹射速度在90节以上，使用零延迟挂绳来让弹射座椅立刻分离出去并打开降落伞，座舱盖的抛出也是由弹射座椅手柄启动的。