虽然一台 F404 仍然比两台 J85 重，但由于其总推力增加了 60％，而诺斯罗普采取的重量控制措施得力，“虎鲨”空重仅比“虎 II”增加 17％，其性能得到明显改善。设计人员预计，得益于推力增大而改善的性能包括：最大马赫数可以达到 M2；海平面最大爬升率超过“虎 II”56.7％，达到 274 米/秒；实用升限 16,154 米；超音速盘旋角速度比“虎 II”增大 47％；亚音速稳定盘旋角速度（M0.8，4,572 米高度）11.5°/秒，同等条件下 F-16A 为 12.8°/秒。
F-20 1 号机进行发动机地面测试
进气系统
“虎鲨”的进气道略有扩大，并略向前延伸。进气口前增设了较大的附面层隔板，和机身的间隔也有所加大，这主要是为了适应飞机最大速度提高，附面层厚度增大的结果。和 F-16 采用正激波进气道不同，“虎鲨”的进气道虽然也是固定式的，但增加了不可调的压缩斜板，从而成为二波系进气道。超音速条件下，这种进气道比 F-16 的进气道下进气效率更高，阻力较小。由此也可以看出“虎鲨”和 F-16 在设计重点上的差异：最初的 YF-16，是按照纯粹的昼间格斗战斗机设计，突出高亚音速性能，但高速性能平平，虽然宣称可以平飞最大马赫数达到 M2，但实际上早期型必须在小角度俯冲条件下才能飞到 M2；“虎鲨”的前身虽然同样不太注重超音速性能，但该机采用二波系进气道却显示了该机设计重点有考虑到高速拦截的要求，这和最早为台湾准备的 F-5E 先进改型增加“麻雀”导弹发射能力是一致的。
F-20 进气口增加了不可调的压缩斜板
燃油系统
“虎鲨”实际就是“虎 II”的改进型，在原始设计中并未考虑增加机内载油量。根据诺斯罗普的计算，由于 F404 的耗油率远低于 J85，即使不增加载油量，其典型作战半径也可增大 10％。这一点本来是相当不错的，但在 F-16A 加入竞争后，“虎鲨”的续航能力就显得相形见绌了。“虎鲨”4 号机更改设计，增大机内载油量，明显就是针对 F-16A 在这方面的优势来改进的。不过随着“虎鲨”计划的终结，没人知道改进后的 4 号机在续航能力方面会有多大的进步。
F-20 的内部结构相当紧凑
机头设计
“虎鲨”的机头和前述“虎 II”后期改型的机头类似，都是采用横椭圆截面设计。由于机头扁圆细长，看起来颇象鲨鱼头，“虎鲨”的绰号正是由此得来。根据诺斯罗普的试验，这种设计在高达 40°迎角下仍可起到提高飞机的方向稳定性的作用，同时可以减小飞机小速度倒飞时的侧滑趋势。
F-20 的扁平机鼻设计
后机身设计
由于采用单发设计，“虎鲨”的后机身宽度比“虎 II”要小很多。为了使“虎鲨”的俯仰特性尽可能接近“虎 II”，在其后机身底部增设了尾撑，使得后机身底部外形接近双发的“虎 II”，在气动力表现方面也尽可能接近，这对于减小研制风险、加快进度是非常有利的。
由于发动机增重，“虎鲨”在后机身采用了复合材料蒙皮，而不是传统的金属材料，一来减轻重量，二来增加强度。
F-20 具有明显的后机身尾撑设计
机翼设计
“虎鲨”的机翼设计基本参照“虎 II”，但为了适应进气道修改，其前缘边条长度有所增加，边条面积增大了 1.6％。这种新设计的边条增升效果明显，“虎鲨”的机翼最大升力系数因此增大了 12％。在采用放宽纵向静稳定度技术后，“虎鲨”的最大瞬时盘旋角速度可以增大 7％，达到 20°/秒。
加力爬升中的 F-20A，可以清晰看到边条拉出的涡流
尾翼设计
相对于“虎 II”，“虎鲨” 的平尾面积增大了 30％。这主要是为了改善“虎 II”原来俯仰敏捷性不佳的缺点。加上放宽纵向静稳定度，“虎鲨”在这方面有较明显的改善。
由于后机身气流流场改善，诺斯罗普减小了“虎鲨”的垂尾面积，以减轻重量和减小阻力。在垂尾根部前缘设计有冲压空气进气口，其外罩向后延伸到垂尾后缘，成为一个长梭形整流罩，将减速伞舱包容在内。
垂直爬升中的 F-20，与下方的 F-5E 机翼轮廓基本同比例对比
座舱和航电
“虎鲨”的座舱比“虎 II”增大了近一半，飞行员视界明显改善。
在“虎鲨”问世的时候，座舱显示和控制的设计思想已经由早期的“保证飞行员完成每个任务”向“在完成任务的前提下减轻飞行员负担”转变。“虎鲨”在设计时也吸取了这些先进设计思想，努力简化操纵，减轻负担。其航电系统以军标 1553B 数据总线为基础，通过军标 1750A 任务计算机进行控制。主要航电包括：广角平显， 2 台单色多功能下视显示器，ASN-144 激光惯导系统，AN/APG-67（V）多模攻击雷达，APX-101 敌我识别系统，ARC-182 甚高频/超高频电台，雷达告警接收机，ALE-40 箔条/燃烧弹投放器，ARN-118 塔康系统。
F-20 一平两下座舱布局
“虎鲨”采用“一平两下”、“双杆操纵”方案，在今天来看不足为奇，不过在当年来说还是比较先进的。平显可以显示所有飞行模式下必需的数据，左侧的下视显示器用于显示任务数据，右侧下视显示器通常用于显示雷达数据。