F-5A 与 F-5E 俯视对比
机头设计
在侦察型 RF-5E 进行早期风洞试验的时候，诺斯罗普就提出出一种扁平的雷达罩设计。当时已经发现，当前机身横截面为横椭圆时，可以在大迎角下得到较高的方向稳定性。在后来的 F-16 上我们也可以看到这种设计。不过，这种设计在其它方面有一些不利影响，比如在大迎角下会产生较大的上仰力矩——这个问题对于仍然采用传统静稳定设计的 F-5E 来说影响不是太大，但对于后来采用放宽静稳定度设计的 F-16 以及 LAVI 来说配平问题就相当严重了，特别是 LAVI，始终未能解决配平问题。
F-5E 标准雷达罩
部分 F-5E 采用了这种新型雷达罩，包括巴林、墨西哥的全部 F-5E，马来西亚和韩国的一部分，新加坡、瑞士、台湾、泰国的后期型，以及美国海军假想敌中队的 F-5E。
F-5E 扁雷达罩
此外，在巴西、智利、肯尼亚、墨西哥、摩洛哥、苏丹和突尼斯订购的 F-5E 上，加装了背鳍，以改善其方向稳定性。
巴西的 F-5E 具有明显的背鳍
发动机和燃油系统
F-5E 装上了推力更大的 J85-GE-21A 发动机，加力推力达到 2,268㎏。但是发动机空气流量增大，为了满足低速状态进气要求，F-5E 加大了进气道，并采用了 YF-5B-21 的百叶窗式辅助进气门设计。由于压气机直径加大，该机还加宽了机身。和 F-5A 相比，该机的机身加长了 0.38 米，宽度增大 0.41 米。
由于机身扩大，F-5E 机内载油量由 F-5A 的 2,214 升增加到 2,540 升。和 F-5A 相比，F-5E 不能携带翼尖副油箱，机翼内没有设计任何油箱和相关管线，是完全的“干翼”结构。机身中线挂点可以挂载 1 个 1,003 升副油箱。此外，该机还可以选装空中受油管。
F-5E 的空中加油管安装方式
起落架系统
F-5E 的起落架设计引入了已有的成果，即已经用在 CF-5/NF-5 上的两段式前起落架。当起落架支柱全伸出时，飞机地面迎角增大 3°，大大缩短了起飞滑跑距离。此外，原本为了适应挪威空军要求而加装了应急着陆拦阻钩成为 F-5E 的标准设备，以便该机可以在短跑道上着陆。
前起落架支柱完全伸出状态
武器系统
F-5E 的固定武器和 F-5A 相似，为机头两门并列安装的 M39A3 转膛炮（每门备弹 280 发）。
机身挂点布置不变，为翼尖 2 个“响尾蛇”导弹专用挂架，翼下 4 个挂点，机身下 1 个中线挂点。可供选择的外挂武器包括：AIM-9B/E/J“响尾蛇”导弹；907㎏MK84LD（低阻）炸弹、227㎏MK82LD 炸弹、MK82SE（减速）炸弹以及 MK36 炸弹；227㎏GBU-12/B 和 GBU-13A/B 激光制导炸弹；340㎏的 BLU-1/B、BLU-1B/B、BLU-1C/B、BLU-27/B、BLU-27A/B 凝固汽油弹，或 227㎏的 BLU-32A/B、BLU-32B/B 和 BLU-32C/B 凝固汽油弹；总重 369㎏左右的 CBU-24B/B、CBU-49B/B、CBU-52B/B、CBU-58/B、CBU-71/B 子母弹；以及 LAU-68A/A 和 LAU-68B/A 火箭发射器等。
随外挂武器重量不同，相应的挂载位置也有所区别。MK84 由于重量太大，只能挂在机身中线挂点（该挂点也可通过组合挂架挂载 5 枚 227㎏炸弹）。4 个翼下挂点则可以挂载口径 227㎏的制导/非制导炸弹/凝固汽油弹。340㎏的凝固汽油弹只能挂在机身中线挂点和机翼外侧挂点。
F-5E 共有 5 个外挂架
投放普通炸弹时，飞机限制条件为：俯冲角 0～60°，过载+0.5～1.5G，空速 150～450 节（减速炸弹）/520 节（低阻炸弹）。投放制导炸弹时需要外界提供目标照射，基本条件与投放普通炸弹相同，但空速限制为 200～550 节。投放凝固汽油弹时根据有无尾翼而有所差别：有尾翼时，俯冲角 0～60°，过载+0.5～1.5G，空速 200～500 节；无尾翼时，俯冲角 0～30°，过载+0.87～1.5G。子母弹投放条件是：俯冲角 0～60°，过载+0.5～2.0G，空速 200～500 节。
航电设备
相对于 F-5A 近乎“原始”的航电设备，F-5E 的航电设备有了明显改善和提高，以满足该机执行对空作战的需要。
F-5E 的火控系统包括 AN/ASG-31 前置计算光学瞄准具、AN/APQ-153 或 AN/APQ-159 轻型雷达以及 KB-26A 照相枪。
AN/ASG-31 瞄准具与雷达交联工作，可以计算航炮对空射击前置角，计算红外格斗导弹的攻击区，在对地攻击时构成滚动稳定的手控下沉光环以便瞄准。其工作状态有 4 种：A/A1，即快速射击状态，用于对机动空中目标进行航炮攻击；A/A2，前置跟踪状态，用于对非机动空中目标进行航炮攻击；MSL，空空导弹状态；MAN，对地攻击时的手控状态，但也可作为对空射击备用瞄准方式。
F-5E 座舱布局，多了雷达显示屏
AN/APQ-153 是机载搜索瞄准/攻击雷达（ASTAR），埃姆森电气公司产品，仅重 47.7㎏。单脉冲体制，I 波段（8～10GHz）。最大搜索距离 33.44㎞（目标 RCS50㎡），跟踪距离 0.152～18.5㎞。该雷达有准备、搜索、导弹、航炮和试验 5 种工作状态。最初单价 8 万美元，1974 财年采购单价 6.7 万美元。
F-5E HOTAS 操纵杆与油门杆
AN/APQ-159 以 AN/APQ-153 为基础，后发展为 AN/APQ-157，最终发展为 AN/APQ-159。该雷达采用单脉冲体制，I/J 波段（18～20GHz），可以完成搜索、跟踪空中目标，测量目标距离和距变率等参数的功能。采用了频率捷变技术，捷变率 100Hz，变频范围 100MHz，允许使用过载不超过 6G。最大搜索距离约 74㎞，截获距离 18.5㎞。具有空对空搜索、空对空航炮、导弹和电－光 4 种工作状态。搜索状态下可以自动或手动截获目标。导弹状态下，根据选择离轴或定轴发射，作用距离分别为 18.5㎞或 9.3㎞。电－光状态则用于发射和控制 AGM-65A“幼畜”导弹。在服役过程中，AN/APQ-159 经过多次重大升级，从 AN/APQ-159V（1）直到目前的 AN/APQ-159V（5），主要是提高可靠性、改善可移植性、增加单脉冲跟踪能力和空地测距能力。该雷达包括备件在内平均单价约 30 万美元（1985 年值）。