F-103战斗机以其独特的机身设计而著称，其机身细长且紧凑，座舱与机身融为一体，采用整体式逃离救生舱，为飞行员提供了优越的生存环境。机身上方设有潜望镜，以便飞行员清晰观察前方动态。
F-103的机体结构由高强度的钢和轻质的钛合金构成，展现了出色的材料运用。它装配了三角翼，这种翼型设计使得飞机在空中具有优秀的操控性能，其翼展向后倾斜达到了55度，而水平尾翼也采用三角形布局，后掠角为60度，进一步提高了飞机的稳定性和机动性。
动力系统方面，F-103装备了莱特公司研发的XJ-67-W-1涡喷发动机，带有加力燃烧室，可以提供强劲的动力。然而，为了克服在高马赫数下涡喷发动机推力的限制，F-103还配备了冲压发动机。这种创新设计让空气经过引擎的压缩机和涡轮，同时在加力燃烧室进行燃烧，使得飞机在两马赫以上的速度下仍能保持强大的推力。
燃料供应上，F-103的5个压力燃料电池负责储存和提供能量，但值得注意的是，这些燃料电池并未配备自我封闭装置或装甲保护，这在一定程度上可能影响了其在对抗外部威胁时的防护性能。
XF-103战斗机是共和飞机公司为美国空军设计的一架高速，高空拦截机，他的设计要求来自于空军蒐集到苏联即将大量服役的新型轰炸机形成的威胁。以当时服役的F-86D、F-89以及F-94来看，他们仅有次音速的飞行性能将无法应付这些利用高空高速优势直奔美国本土的轰炸机。