对于美国空军来说，F-35 是作为和 F-22 搭配的低档战斗机设计的，主要用作对地攻击，并在 F-22 数量不足时填补次要方向上的空战任务。对于美国海军还说，在可预见的将来潜在对手不具有隐身战斗机的能力（中国新歼试飞后，不知道美国海军是否会修正这一评估），所以 F-18E 将继续担任舰队防空的主力，其 0.94 的推重比和 459 千克/平方米的翼载比 F-35C 更加适合空战，F-35C 则利用隐身担任对地对海攻击。对于美国海军陆战队来说，F-35B 将取代现有的 F-18C/D 和 AV-8，统包海军陆战队分担的舰队防空和对地对海攻击任务。对于美国的盟国来说，F-35 家族则是顶天立地的主力，包干空战和对地攻击。然而，F-35 逊于 F-22 一级的具有隐身、高机动和超巡的战斗机自不待言，但在与苏-27 这一代高机动战斗机空战中，F-35 也具有难以名状的缺门。
美国空军靠 F-22 打天下
美国海军也靠 F-18E 打舰队防空
但对于“二流空军”还说，F-35 是要打天下的，但 F-35 挑得起制空重担吗？
机动性不足使 F-35 在视距内空战格斗中难以取胜，速度不足使 F-35 在进入和退出战斗中缺乏主动权，更揪心的是，全用机内武器的话，F-35 的空战挂载严重不足。F-35 的机内武器舱可以挂载 2 枚空空导弹（AIM-9X 近程弹或 AIM-120 中程弹）和 2 枚炸弹（JDAM 级），空空导弹挂在舱门挂架上，发射时舱门打开，导弹暴露于空气中，便于发射前锁定目标。AIM-9X 是从发射架上直接发射出去的，不可能从武器舱里投放后再点火。AIM-120 是投放后点火，所以也可以从炸弹挂架上投放，这样 F-35 可以有 4 枚空空导弹。相比之下，F-22 可以挂载 8 枚空空导弹，F-15、苏-27 也同样如此。
F-35 的弹舱
舱门挂架上的导弹是可以在激烈机动飞行中发射的，但炸弹挂架上的导弹只有在平稳飞行中才能安全投放，而且只能先发射后锁定，所以只适用于远距离的目标。在理想情况下，F-35 可以气定神闲地首先发射中程弹，然后用近程弹打扫战场。但在预警不力或者对手具有有效电子干扰的情况下，中程弹的命中率大大下降，F-35 将被迫用仅剩的 2 枚近程弹搏命。F-35A 依然保留机内航炮，但 F-35B 和 C 为了限制空重的增加，被迫放弃机内航炮，只能在需要的时候用外挂航炮吊舱。隐身出击而不带航炮吊舱的话，用完 4 枚导弹，F-35B 和 C 就被解除武装，这时连逃脱都吃力，因为最大速度不足，而且 F-35 的后向隐身是最糟的，不像 F-22 那样具有良好的全向隐身。2008 年 8 月，兰德公司在名为《空战的过去，现在与未来》报告中用历史数据指出，从海湾战争到科索沃战争，AIM-120 在视距外的命中率实际上是 46%，这还是在对手没有电子对抗或者没有任何规避机动的情况下取得的，AIM-120 的实战命中率预期在 10-50% 之间更加合理，而不是厂商宣称的 75% 以上。近程弹也有类似的问题，机动性、制导精度和对方的电子、红外对抗性能同步增长。F-35 是 F-4“鬼怪”式之后世界上第一架没有机内航炮的战斗机，可能也是最后一架，其空战中的表现将为世人瞩目。
F-35B 和 C 外挂航炮吊舱是经过隐身处理的，但要是隐身处理就可以使外挂不损害隐身，F-35 就不需要费那么多心思搞机内武器舱了。F-35 具有很大的翼下外挂能力，但使用翼下外挂的话，F-35 的隐身就荡然无存，速度将由于外挂阻力而进一步下降，机动性不足的缺点也愈加突出。
F-35 翼下有 6 个外挂点，F-35B/C 机腹下可挂载机炮吊舱
机炮吊舱
美国国内对 F-35 的空战能力早就多有批评。兰德公司的《空战的过去，现在与未来》就指责 F-35“转不动，爬不高，跑不了”（can’t turn，can’t climb，can’t run）。2008 年兰德公司的一个作战模拟中，苏-35 击败了 F-35，引起正在考虑采购 F-35 而取消 F-18E 的澳大利亚的忧虑，澳大利亚国防部长菲茨吉本下令军方专门报告，结果 F-18E 的采购继续，而 F-35 的采购至今没有落实。美国现计划以 3,230 亿美元（不包括 600 亿美元的研发投资）的总投资，购买 2,443 架各型 F-35，但同样的投资可以买至少 5,872 架 F-18E，数量上增加 150%，在航电、武器和飞行性能方面至少不低于 F-35 家族，只有在使用全机内武器挂载的时候隐身不如 F-35。洛克希德和 F-35 计划办公室声称，F-35 的作战效能高于第四代战斗机至少 400%，但对于如何得出这样的结论讳莫如深。
但对于“鹞”式的用户来说，F-35B 毕竟是第一架超声速 STOVL 战斗机，具有和空海军 F-35 同等的战斗力，而“鹞”式从来就比同时代空海军战斗机“低人一等”的。在理论上，美国海军的平甲板两栖舰艇、英国、西班牙、意大利、泰国、印度等国的小型航母都可以换装 F-35B，在战斗力上一举翻身，达到近似大甲板航母的水平，至少在单机能力上近似。但 F-35B 具有独特的 STOVL 能力，也有独特的问题。
F-35B 的升力加升力-推力动力系统解决了升力发动机的炽热喷流问题，但主发动机的炽热喷流问题依然存在。F-35B 的 F135 发动机安装了一个可动喷口，像蜜蜂尾巴一样可以弯下来，产生直接升力。但喷口离地面很近，喷流炽热，而且流量巨大，将造成对甲板的严重烧灼问题。F-35B 在陆地上已经做过十次垂直起落试验，但是至今没有上舰测试，严重落后于进度，原因之一就是喷流温度问题。美国海军的计算表明，F-35B 的喷流热量不至于使甲板下的钢结构融化坍塌，但还是会造成变形损坏。解决办法之一是全面加强所有计划采用 F-35B 的平甲板两栖舰艇的甲板，这个太兴师动众，成本太大；另一个办法就是重新设计 F-35B 的喷口，改善喷流散布，改善喷流降温，控制烧灼问题，但这要影响推力，更要影响测试和部署的进度。美国国防部长盖茨在 1 月 6 日五角大楼记者会上说，F-35B 需要对发动机和机体重新设计，估计发动机部分就包括烧灼问题。在 F-35B 喷流烧灼不降低到“鹞”式的水平之前，其他国家用 F-35B 换装“鹞”式实际上不可能。