美国先进国防研究计划局（简称 DARPA）在 80 年代就和工业界联手开始新一代 STOVL 技术的研究，其中波音的技术以英国用于“鹞”式的罗尔斯罗伊斯“飞马”发动机为基础，采用机体重心四周的四个转向喷管实现一体化的直接升力和姿态控制。洛克希德则吸收了俄罗斯雅克夫列夫的技术，升力风扇和发动机转向喷口相结合，实现垂直升力和俯仰姿态控制，另外用两个横向的姿态控制喷嘴作横滚控制，但不产生升力。波音方案技术相对成熟，但飞机的整体气动布局受发动机喷口和机体重心的相对位置的限制很大，最后导致了波音 X-32 那不雅的尊容。波音方案依然有喷流回吸的问题，所以从压气机引出高压常温空气，从喷口和进气口之间的槽形喷嘴向下喷出，形成气帘，阻止喷流回吸。洛克希德方案采用一前一后两个直接升力来源，像用抬杠抬重物一样，控制力臂较大，有利于姿态控制的稳定性。由于升力风扇的排气是常温空气，在地面反弹回吸也不至于造成问题，在本质上解决了这个老大难。但洛克希德方案的难点在于如何把发动机的功率传送到升力风扇。
波音 X-32 的垂直升力机制和“鹞”式相似，也是采用转向喷口
洛克希德 F-35 则用升力风扇和主发动机推力转向提供垂直升力
这个示意图看起来更加清楚
洛克希德在开始时试图用叶尖涡轮驱动升力风扇，但最后还是采用传统的轴驱动升力风扇，齿轮箱的传动功率和驱逐舰动力系统相当
洛克希德和 DARPA 的合作围绕着叶尖涡轮概念，也就是像溪流推动水车一样，用高压喷流吹拂风扇的叶尖，驱动风扇。这个概念很有吸引力，不需要机械传动的轴系和齿轮。但如果从压气机引出所需的高压气流，发动机效率将大大下降；如果从喷气流引出所需的高压气流，很难解决高温的喷气流在机体内转弯 180 度的工程问题，管道占用的空间、耐热都是问题。在努力多年之后，洛克希德放弃了这个方案，改用机械传动，从驱动风扇的转轴引出延伸，经过齿轮减速，驱动升力风扇。这个结构不仅沉重，还需要传送相当于驱逐舰推进功率的大功率，技术难度非常高，但洛克希德和普拉特惠特尼最终解决了这个难题，这才有了今天的 F-35。
由于飞机重量的不断攀升，F-35 的发动机最终成为世界上单发推力最大的战斗机发动机 ，非加力推力就达 125 千牛，加力推力更是高达 191 千牛。但战斗机的推重比依然低于 F-15 或苏-27，对机动性不利，最大速度也只有 1.6 倍音速，甚至低于 F-16 和 F-18。由于空军型不需要 STOVL 能力，升力风扇和传动系统的空间转用于额外的油箱，增加航程。空军型也拥有机内航炮，用于近距格斗。海军型除加强起落架和机体防腐外，大大增加了翼面积和襟翼，以提高低空低速性能。为了不使起飞总重过分增加以影响飞机的性能，机内航炮只好放弃，需要的话用外挂航炮吊舱。海军陆战队的 STOVL 型也是一样，只有外挂航炮吊舱，与其注重对地攻击的使命不大相符。
F-35 最后一分为三，A 型为常规起落的空军型，B 型为 STOVL 的海军陆战队型，C 型为舰载的海军型
F-35 的发动机也成为世界上单发推力最大的战斗机发动机
F-35 最主要的要求不是绝对性能，而是低成本。F-35 的成本包括两个方面，一是基本航空技术，二是三军机型的通用程度。在设计初期，曾经有一个将海军型和海军陆战队型合并的想法，共用 STOVL。对于海军来说，即使对有经验的老飞行员来说，在航母上降落也是很大的挑战。空军飞行员的资历是按飞行小时计算的，海军飞行员的资历则是按航母起降计算的。和起飞的情况相反，相对来说，在航母上垂直降落的难度和直升机降落相仿，要比拦阻索降落容易很多，并且有利于在降落之后马上腾出甲板，供后续飞机接连降落，这对维持很高的连续出动率尤其重要。STOVL 的缺点则是重量、航程、机动性的代价，但成本反而由于和海军陆战队共用使得批量增大而不至于大幅攀升，提高的出动率等效地增加了可用飞机的数量，间接地进一步补偿了成本。但美国海军最终还是选择了单独研制 CATOBAR（弹射起飞、拦阻索降落的缩写）的 F-35，使 F-35 具有空军型的 F-35A、海军型的 F-35C 和海军陆战队的 F-35B 三个独立的型号，需要分别研制、试飞、组织生产，大大增加了研发时间和成本，最终促成今天的困局。
至今，F-35的研发已经耗资 600 亿美元，按照乐观估计的 5,000 架总产量，每架分摊的研发费用也要 1,200 万美元。相比之下，B-2 的研发耗资“只有”100 亿美元。由于计划的拖延，生产准备闲置的成本也将打进单价，制造成本进一步上升，2010 年 6 月份美国总审计署估计单价为 1.124 亿。美国海军在对 F-35 的使用成本估算之后，得出结论，单发的 F-35 的使用成本比双发的 F-18C 要高出 65%。这是因为隐身和先进电子设备都带来额外的维护要求。如 B-2 轰炸机，每飞行小时需要 60 小时的维护时间，每 7 年需要一次为期 13 个月的全面翻修，使得每个月的维护费用就高达 340 万美元。F-35 当然没有那么极端，但使用费用也是不菲。因此美国海军有可能削减 F-35C 的采购，转而采购成熟而且是双发的 F-18E，或者用无人机补足。美国空军原打算采购 1,763 架，现在也降低到“至少 1,500 架”。美国海军陆战队为了保住本来就不多的 F-35B 的产量，婉言拒绝了海军的 F-18G 电子战飞机，坚持用缺乏专用的特种设备的 F-35 担任同样的任务。F-35 本来是准备接替 F-16 的出口市场的，F-35 总产量中的 60% 来自预计的出口订单，但这样的天价买得起的国家不多，出口订单大幅度萎缩难以避免，将进一步推高 F-35 的单价，最后实际单价估计要上涨到 1.5 亿美元以上，大大超过 F-16，甚至超过被公认为昂贵的 F-15 最后型号。
F-35 的压力还不仅于此。1991 年的海湾战争揭示了未来战争的两个重要动向：精确制导武器和无人机。当年的人们没有意识到的是，20 年后，精确制导武器的白菜化和无人机的武器化极大地改变了未来军兵种的走向，对未来战场和武器系统发展带来深刻影响。