这项研究的旨在探索新型机翼的平面和曲面外形，在提供高效的超音速巡航效率时还能保证战斗机的跨音速和超音速转弯灵活性。
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——通用动力/洛克希德•马丁 F-16“战隼”轻型多用途战斗机
Armstrong
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结构和航电
该项目最初是制造商自筹资金进行，涉及改装两架 FSD F-16A。1980 年末 USAF 和 GD 就联合试验达成协议，空军提供第 3 架和第 5 架 FSD F-16 用于 F-16XL 原型机的改装。
F-16XL 通过在三个主机身组件间“插入”两个加长段，使机身加长了 142 厘米，总长度达 16.506 米。在后机身分离面插入的加长段长 66 厘米，前机身插入的加长段长 76 厘米。但是后加长段分离面并不是平面的，机翼下方加长段紧挨着主起落架舱安装，在机翼上方加长段仍是 66 厘米长，但安装位置向后延伸了 66 厘米，使整个加长段看起来像一个后倾的“Z”字。通过加长机身使尾部上翘 3 度，可避免起降时尾喷管擦地。
出于同样的原因，F-16XL 去掉了腹鳍。实际上 F-16XL 的稳定性高于 F-16，也无需安装腹鳍。此外去掉腹鳍机尾上翘 3 度后也提高了降落迎角，可降低进近速度。F-16XL 保留了两侧尾撑末端的开裂式减速板，垂尾根部增加了减速伞舱以缩短滑跑距离。最初只有双座型 F-16XL 安装了减速伞舱，单座型 F-16XL 后来在 NASA 服役时也加装了减速伞舱。
发动机进气道只随后加长段加长了 66 厘米，因为 76 厘米的前机身加长段只加长了机身，并没有加长进气口。