Стреловидность крыла по линии фокусов 45 град. Удлинение крыла 3,18, относительная толщина профиля в корневом сечении — 5,5 %, в концевом — 3,7 %. Крыло имеет два главных лонжерона и один вспомогательный, расположенный между ними. Носовая часть крыла имеет коническую аэродинамическую крутку. Механизация крыла включает автоматически отклоняемый на больших углах атаки носок и односекционные щелевые закрылки с гидроприводом. На каждой плоскости имеется по пять секций интерцепторов и обычные элероны. Интерцепторы служат для управления самолетом по крену на больших приборных скоростях.

Вертикальное оперение однокилевое, стреловидное. Руль направления имеет осевую компенсацию, триммер отсутствует.

Управляемый стабилизатор состоит из двух половинок, соединенных стальной трубой, дифференциально отклонить половинки стабилизатора невозможно. Подвижные части отделены от фюзеляжа неподвижными частями шириной примерно по 300мм.

Приводы всех аэродинамических поверхностей управления * гидравлические.

Шасси — трехопорное убираемое с носовой стойкой. Основные одноколесные опоры убираются в центроплан по направлению к продольной оси самолета. Колесо в убранном положении размещается у корня крыла за воздухозаборником. Обшивка в нише шасси подкреплена гофром. Колеса оборудованы тормозами, на каждой опоре установлены посадочные фары.

Истребитель-бомбардировщик F-105 «Тандерчиф» оснащен одним турбореактивным двигателем Пратт-энд-Уитни J-75-P- 3/5/10 (самолет F-105B) или J-75-P-10/19W (F-105D/F). Двигатель снабжен системой впрыска воды и форсажной камерой. Воздух в двигатель поступает через воздухозаборники с внутренним сжатием. Воздухозаборники имеют скошенные заостренные кромки, вызывающие расщепление скачков уплотнения с целью уменьшения вредного влияния скачков на характер обтекания хвостового оперения. Сечение воздухозаборника регулируется подвижным клином, кроме того расход воздуха регулируется перепускными створками, расположенными непосредственно перед двигателем. Положение клина регулируется автоматически, в зависимости от числа М. Для обеспечения работы двигателя на земле внутри ниш опор шасси имеются дополнительный воздухозаборники, закрытые металлической сеткой.

У основания передней кромки киля расположен вход воздухозаборника системы охлаждения форсажной камеры, кроме того за счет подсоса воздуха между соплом двигателя и соплом, которое образуют секции воздушных тормозов создается дополнительная реактивная тяга.

Большие размеры фюзеляжа позволили разместить в нем значительный запас топлива, емкость внутренних баков — 2915л. Основные мягкие топливные баки находятся в центральной секции фюзеляжа над воздухозаборниками, предусмотрена подвеска топливного бака емкостью 1477л внутри бомбоотсека. В носовой части фюзеляжа по левому борту находится штанга топливоприемника дозаправки топливом в полете.

Электрооборудование самолета питается от генераторов переменного тока МВ-3 мощностью по ЗОкВА и генератором постоянного тока МА-11 напряжением ЗОВ.

На самолете установлена система автоматического управления Дженерал Электрик FC-5 и система управления огнем AN/ASG-19. Специально для истребителя-бомбардировщика F-105 фирмой Эклипс Пионер разработан центральный вычислитель аэродинамических параметров, который выдает данные о высоте, скорости и температуре окружающего воздуха.

Навигационная аппаратура включает радиолокатор R-14 NASARR, имеющий режимы панорамного обзора местности и следования рельефа местности; допплеровская навигационная система AN/APN- 131 (на модификации F-105D), радионавигационную систему TACAN, УКВ радиопеленгатор, аппаратуру радиотехнической системы посадки ILS. В состав допплеровской навигационной системы входят допплеровский радиолокатор, первичные датчики аэродинамических параметров, вычислитель аэродинамических параметров и навигационный вычислитель. Система непрерывно рассчитывает координаты точки места самолета с учетом сноса, путевую скорость, курс, расстояние до очередной поворотной точки маршрута. Ошибка навигационной системы составляет порядка 5 км на 1 час полета.

Система управления огнем и навигационная система завязаны в единый комплекс, известный под наименованием «Тандерстрик». Система «Тандерстрик» обеспечивает автоматическое бомбометание с различных видов маневра в простых и сложных метеоусловиях.

Пространственная ориентация самолета определяется с помощью курсовертикали фирмы Лир.

Автопилот Дженерал Электрик FC-5 работает в режимах стабилизации барометрической высоты полета и числа М. Автопилот обеспечивает самолетовождение по заданному маршруту в ортодромической системе координат.

В состав приборного оборудования включены новейшие на тот период приборы с ленточными шкалами — указатель числа М, указатель высоты и вертикальной скорости.

На самолете стационарно установлена шестиствольная автоматическая 20-мм пушка М-61 «Вулкан» скорострельностью 6000 выстрелов в минуту. Скорострельность удалось повысить (штатная скорострельность пушки «Вулкан» 4000 выстрелов в минуту) за счет использования двухленточного питания. Привод вращения блока стволов гидравлический. Боекомплект 1029 снарядов обеспечивает непрерывную стрельбу в течение 11 секунд.

Для наружной подвески вооружения имеется пять пилонов, один центральный подфюзеляжный и четыре подкрыльевых. Масса подвесного вооружения 5400 кг (F-105B) или 7800 кг (F-105D).

Изображенный на рисунке истребитель-бомбардировщик F-105B «Тандерчиф» (57-5836) поступил на вооружение Тактического авиационного командования ВВС США в начале 60-х годов. На киле поверх молнии желтого цвета с красной окантовкой нанесена эмблема Тактического авиационного командования. Самолет имеет цвет неокрашенного металла.