除了先进的全天候空对空拦截能力以外， F-104G还以机上在当时领先的航空电子设备为傲。F-104G拥有全新的MH-94自动飞行控制系统、LN-3惯性导航系统、大气数据计算机、轰炸计算机、AN/ARN-52塔康导航系统和AN/ARC-552超高频无线电（可以选取27个波道及1个紧急波道通信）。其中立顿LN-3惯性导航系统为世界上第一种投入量产的战机用惯导系统，拥有三轴陀螺和两轴加速度仪，可以在长时间飞行中校正航向。配合MH-94自动飞行控制系统、具备地形跟踪能力的F-15A雷达，LN-3惯导系统可以使战机在夜间或恶劣天候进行超低空突防。在执行常规轰炸任务时，F-104G机上的轰炸计算机可以自动计算炸弹落点并及时调整瞄准线，能赋予战机比以往高得多的投弹精度。
西德海军航空兵的F-104G组图，摄于1985-1986年
此外，F-104G机上的F-15A火控雷达据说还可以在一定距离上清晰地分辨出铁路桥等大型地面目标，并能有效排除海面雷达杂波的干扰，准确探测出海面舰船类目标的踪影，从而使F-104执行全天候精确常规轰炸任务成为了可能。实际上，F-104G是西方阵营在60年代唯一具备全天候精确攻击能力的两倍音速单座单发轻型战斗轰炸机（法制“幻影III”的“西拉诺”雷达尚不具备地形回避与测绘功能）。尽管其先天就具有航程短，武器载荷偏小以及事故率居高不下等缺点，但还是受到了包括西德，丹麦，意大利和比利时等西欧诸国空军及海军航空兵的青睐。F-104G的总产量为1127架（包括西德MBB，荷兰福克和意大利菲亚特公司的许可证产量），此外还有30架双座型F-104F战斗/教练机专为西德海军航空兵使用。在台湾空军中，F-104G除担负高空高速拦截和争夺制空权外，还肩负着F-100及F-5A/B所不能的夜间精确攻击等高难度任务（F-5A在执行夜间水面打击任务时需要照明弹的协助），在历次全军炸射竞赛中经常凭借先进的机载设备力压以上两者而拔得头筹。
进行展示的台空军F-104G，可见地上摆放有“火神”机炮，“响尾蛇”导弹，炸弹及火箭弹
值得一提的是，台湾空军先后接收的F-104G中，有相当一部分是由加拿大飞机公司生产的单座CF-104战斗轰炸机。CF-104最大的特点是改用加拿大仿制的J-79-OLE-7发动机，火控雷达更换为加拿大推出的R-24A型，基本性能与美制F-15A雷达相仿，但不具备对地攻击能力，机内也没有M61“火神”航炮（直至1970年后才补装航炮，因此“阿里山2号”至“阿里山5号”所获飞机均无机炮）。许多资料认为CF-104的机翼结构不如原版F-104G的坚固，使用寿命也更短。为便于区分，故将前者的机翼称为“轻翼”，而将后者的机翼称为“重翼”。CF-104的总产量为238架，包括200架单座型CF-104和38架双座型CF-104D（双座型CF-104D由洛克希德公司制造，但换装加拿大产发动机）。
加拿大皇家空军的CF-104，摄于1963年的冷湖基地
冷湖基地的CF-104D，拍摄时间不明
而在“阿里山九号”计划中获得的日本版F-104J/DJ则在原F-104G基础改用日本本土仿制的石川岛播磨J-79-IHI-11A发动机，同时也取消了机上F-15雷达的对地攻击功能和轰炸计算机，使战机丧失了大部分全天候精确对地攻击能力，只能作为单纯的防空战斗机使用。F-104J/DJ的UHF无线电和塔康导航系统为东芝公司产品，火控雷达扫描方式也有改进，使得在5-10海里处的目标显示更清楚。此外台空军还自行为该系列机瞄准具从固定瞄准环改为可调整的手动瞄准环，使得飞机恢复了一部分对地攻击能力。F-104J单座型的总产量为210架，而双座型F-104DJ的生产数字为20架。
需要指出的是，无论是F-104A/B/D/G上的通用电气J-79-GE-3/7/11，还是加拿大产的J-79-OLE-7，或者是石川岛播磨出品的仿制版J-79-IHI-11A，这三者的发动机零部件都不能通用，直接导致了零部件种类的繁杂，这也无疑是台湾空军F-104机队妥善率不高的重要原因。
日本航空自卫队第203飞行队的F-104J，摄于1979年
日本航空自卫队第207飞行队的F-104机群，摄于1978年冲绳
除了标准型F-104A/B昼间型截击机和F-104G/TF-104G型战斗轰炸机，第41中队（后为第8中队）所装备的F-104A型战斗机也值得一提。这些二手F-104A来自美军驻佛罗里达基地第331、319截击机中队。为了应付近在咫尺的古巴空军和驻古巴苏军威胁，这些F-104A换装了推力更大的J-79-GE-19A型发动机，最大加力推力为17500磅，比普通的F-104G多出了近两千磅推力。由于维持了F-104A的轻机身和大推力发动机的助力，这些特型F-104A的最大速度达到了每小时2465公里（高度1.2万米），甚至能在不开加力的情况下维持超音速飞行（即原始的超音速巡航能力），是迄今为止在台湾空军中所服役的速度最快的飞机。此外，这些特型F-104A“星战士”战斗机的加速性也有了明显的提升，能在60秒内就加速至2马赫，明显优于基本型F-104G“星战士”。
意大利空军的F-104ASA，该型号为全球F-104行列中最晚退役的！
