X-31 的动力系统与 X-29A 一样，都是通用电气的 F404-GE-400 涡扇喷气发动机。其发动机尾喷口处安装有三片推力导向片（可作正负 10 度的偏转，并能长时间承受最高 1,500 度的高温），可使飞机在上下或左右方向上的控制更加自如。X-31 采用数字飞行控制系统，其中三台同步主计算机控制飞机飞行控制面的工作，余下一台计算机则在前面三台计算机出现冲突时充当连接断路器的角色，但这四台计算机都不具有与 X-29A 类似的备份功能。
X-31
X-31 着陆时打开了后向边条
X-31 控制翼面示意图
X-31 主要用来验证推力矢量技术与高级飞控系统配合的实用性，即用推力矢量技术和可控前翼完成常规飞机无法实现的大迎角机动飞行。与同时代的“先进技术战斗机”（ATF）和“欧洲战斗机”（EFA）等先进战斗机强调中距空战能力的设计思想不同，X-31 计要求主要是研究如何提高近距空战格斗能力，使飞机能够在很大的迎角和很低的速度下飞行，使其具有更高的转弯角速度。
首架 X-31 于 1990 年 10 月 11 日进行了首飞，随后的飞行试验大部分都是在验证大迎角条件下的飞行状态。在这些试验中，X-31 尝试了多个角度上的失速飞行，为突破“失速障”这一技术难题积累了大量试验数据。1994 年，X-31 开始进行超音速飞行时无尾翼飞机飞行状态研究的试验。
X-32
通常情况下，战斗机的原型机是不能进入 X 系列试验飞行器计划的，但鉴于 X-32 和 X-35 在设计中都将尝试一种新颖的而且风险极大的“短距起飞和垂直降落”技术，所以破例为它们都赋予了“X”的编号。
X-32 是波音公司为了获得美国军方JSF联合攻击战斗机项目而推出的样机，机长 14.33 米，机高 3.96 米，翼展 10.97 米（CTOL 型）。JSF 项目有多种型号：空军常规起降型（CTOL）、海军常规起降舰载型和短距起飞垂直着陆型（STOVL），其中 X-32A 进行常规起降的试验，X-32B 则验证短距起飞和垂直降落的性能。
X-32 外形比较奇特，由于它有一对联接在发动机后部的可转向的喷气升力喷管，因而发动机必须安装在飞机前部。X-32 采用很厚的整体式机翼，可承载大部分的结构载荷，并能装载近 9 吨燃油。机头下方有一个缝式进气口，每秒可吸入 180 千克的空气，供一台普惠 F119--SE614 涡轮风扇发动机使用。从总体上看，X-32 使用了大量先进技术，因而其技术实现难度也较大。在与 X-35 的竞争中，“前卫”的 X-32 败下阵来从而也失去了美国军方 21 世纪最大一笔军机采用订单。
X-32
X-33
X-33 由洛克希德.马丁公司著名的“臭鼬工程队”研制，它是无人驾驶单级入轨可重复使用航天运载飞行器“冒险星”的 1/2 比例的原型机，机长 20.29 米，机高 5.88 米，翼展 22.06 米。
X-33 采用垂直起飞方式，亚轨道飞行，能在飞行跑道上着陆。X-33的 动力采用一台波音公司特别开发的 J2S 火箭发动机，其余部件也是包含了诸多高科技元素。2001 年 3 月，同样由于存在诸多难以突破的技术难关（如线性气塞式发动机），NASA 取消了已经耗资了 13 亿美元的 X-33 项目。
X-33 想象图
X-34
X-34 也是一种蕴涵了许多最顶尖科技的无人驾驶可重复使用低成本航天运载飞行器，它的主要任务是验证大幅度降低航天运载成本技术的可行性。X-34 机长为 17.76 米，机高 3.50 米，翼展 8.44 米。
X-34 项目的目标就是要将现在航天入轨飞行中 10,000 美元/磅的运载成本降至 1,000 美元/磅。虽然其目标很诱人，但 X-34 仍然由于其技术太超前和项目超支于 2001 年 3 月被取消，取消之前制造了 3 架空射试验平台，进行了 3 次系留飞行试验。
X-34
X-35
X-35A/B/C 是洛克希德.马丁公司为参加美国军方 JSF 战斗机项目竞标而研制，采用一台普惠 F119-SE611 发动机，并采用升力风扇系统来实现垂直飞行。X-35A 机长 17.34 米，机高 4.41 米，翼展 10.05 米。
相较于 X-32 来说，X-35 的设计更加务实，采用的大多数都是已经很成熟的技术。所以从外形上看，X-35 更象是一架常规设计的战斗机。在试飞试验中，X-35 成为了第一架突破马赫 1 的垂直起降飞机。由于赢得了 JSF 的订单，X-35 将成为 21 世纪初生产数量最大的一种战斗机，它将装备美国空军、海军、海军陆战队和英国皇家空军、皇家海军等多个客户。
X-35
X-36
由 NASA 和波音公司（原麦道公司）联合研制的 X-36 是一种遥控无尾技术验证机，它在试验中获取的的数据将能极大的提升未来战斗机空战操控性和生存能力。X-36 将用来研究战斗机隐身设计与飞行敏捷性的配合，及其对其它性能的影响。
X-36 机长 5.55 米，翼展 3.175 米，机高 0.95 米，空重 494 千克，最大起飞重量 576 千克，最大速度为 450 公里/小时。X-36 采用翼身融合设计鸭式布局构型，没有大多数传统飞机上的垂直尾翼和水平尾翼结构。其结构主要采用铝合金与石墨复合材料蒙皮，机翼前缘与后院都具有 40 度的后掠角。由于是无尾设计，X-36 的雷达反射面积有了大幅度的减小，但却给飞机的飞行敏捷性和高升力特征产生不利的影响。因而 X-36 采用了分裂式副翼和推力矢量装置进行方向操纵，另外还使用了一种非常先进的单通道数字飞行控制系统来使飞机飞行时保持稳定。X-36 采用一台威廉姆斯国际 F112 涡扇发动机，其最大推力为 320 千克。
X-36
为了节省资金以及获得更可靠的飞行数据，X-36 没有采用异常昂贵复杂的自动飞行控制系统，而是采用遥控的方式。X-36 机鼻处安装有一台微型摄影机和一个微型话筒，这样飞行控制人员在地面虚拟座舱中通过它们所获取的飞行信息对 X-36 进行遥控飞行。首架 X-36 于 1997 年 5 月 17 日成功首飞，随后的试验主要验证了其在低速/大迎角和高速/小迎角状态下的飞行敏捷性，结果显示 X-36 飞行十分稳定而且操控性和机动性也十分出色。X-36 采用常规滑跑起飞和着陆方式，紧急情况下可采用伞降回收。