機身
f-15 機身為全金屬半硬殼式結構，分為三段。前段包括機頭雷達罩、座艙和電子設備艙，主要結構材料為鋁合金。中段與機翼相連，前三個框為鋁合金結構，後三個為鈦合金結構。後段為發動機艙，全鈦合金結構。
進氣道外側有凸出的整流罩，從機翼根部前緣向前延伸，大迎角下可以產生渦流，推遲機翼失速和提高尾翼效率，相當於邊條翼，但由於整流罩前緣半徑較大，具有較大吸力，氣流不易分離，其效果不如邊條翼好。整流罩結構經過機翼向後延伸，形成尾部支撐桁架（尾撐）結構，除了提供尾翼安裝空間外，大迎角下還能產生一定的低頭力矩，改善飛機的大迎角性能。
單塊式減速板位於機身背部，最大開度 35 度，可以在任何速度下打開，並不會改變飛機的俯仰姿態。
f-15 的機尾採用雙發小間距布局，減小了飛機阻力。
機翼
f-15 採用的機翼方案為：切尖三角翼，無前後緣機動襟翼，採用前緣固定錐形扭轉設計。前緣後掠45 度，機翼相對厚度為6%/3%（翼根/翼尖），展弦比為3，根梢比為5，翼麵積56.48 平方米，下反角1°，安裝角0°。機翼上僅有後緣高升力襟翼和副翼共4個操縱麵。
f-15 採用切尖三角翼翼形的原因是三角翼在改善機翼結構、增大機內容積方麵有較大優勢，同時可以使飛機在跨音速區的阻力增加變得更加平緩，飛機跨音速時焦點移動量也較小，減小了配平阻力。
為了改善飛機亞音速性能，f-15 採用了前緣固定錐形扭轉設計，而沒有採用當時已經得到普遍應用的前緣機動襟翼??這種設計主要是從重量、製造工藝和係統複雜性方麵考慮的。
機翼採用高達 3 的展弦比，配合較小的根梢比，有利於推遲翼尖分離，明顯減小了機翼誘導阻力；同時較大的展弦比提高了機翼升力線斜率，改善了機翼升力特性。這和能量機動理論中減阻增升的要求是一致的。當然，展弦比增大，超音速零升阻力係數也增大，增大了跨/超音速的波阻。這個缺點，則利用強大的發動機推力和其它方麵的設計來彌補。
機翼結構為多梁抗扭盒型破損安全結構，前梁為鋁合金，後三梁為鈦合金。內側整體油箱的下蒙皮採用鈦合金壁板，其餘為鋁合金機加工整體壁板。機翼前後緣、襟翼、副翼均為全鋁蜂窩夾層結構。機翼的破損安全結構，配合承力蒙皮，隻要有一根翼梁仍然完好，就可以支持飛機繼續飛行，大大提高了飛機的生存能力。
尾翼
垂尾採用大展弦比、中等後掠角設計，前緣後掠角 37°，外傾 2°，高度較大，大迎角下可以明顯改善飛機的航向穩定性，從而保證 f-15 可以有效的進行大迎角機動。
f-15 的平尾為大後掠全動式低平尾設計，前緣後掠角 50°，具有前緣鋸齒和翼尖斜切設計。
f-15 垂直安定麵和平尾都是全金屬蜂窩夾層結構。兩者的抗扭盒為鈦合金結構，蒙皮則是全厚度鋁夾芯和硼纖維層合板構成的蜂窩壁板，前後緣為全鋁蜂窩結構。方向舵梁肋為碳纖維複合材料，蒙皮則由硼纖維層合板和鋁夾芯構成。平尾和方向舵均可以左右互換。
發動機
正在測試的f100-pw-100發動機
發動機是 f-15 的另一個關鍵。普拉特.惠特尼研製的 f100-pw-100 發動機加力推力高達 11,340 公斤，為 f-15 的優越性能提供了堅實的基礎。這是一種軸流式渦扇發動機，涵道比 0.7，雙軸 3 級風扇+10 級高壓壓氣機+2 級渦輪。該發動機設計相當先進，推重比 7.8，可以左右互換安裝，在理想條件下拆卸時間隻需要 20 分鍾。
航電設備
f-15 裝備了大型脈衝都卜勒（pd）雷達，以提供先敵發現的優勢。戰術電子戰係統（tews）提供威脅告警信息。平顯和雙杆操縱係統（hotas）則大大減輕了飛行員搜索、跟蹤、攻擊目標時的操縱負擔，並簡化了操縱程序。
為 f-15a 設計的是 an/apg-63 全天候多模式雷達係統。apg-63 雷達工作在 x 波段，探測距離遠，具有下視下射能力。探測信息自動送往中央計算機，並和計算結果一起實時反饋給飛行員（通過平顯和下顯）。apg-63 具有多種對空工作模式，可以根據不同的搜索方式或選擇的交戰模式來選擇不同的脈衝重複頻率（prf）：遠程搜索，使用中/高 prf，根據飛行員選擇的搜索距離（18.5~296 公裏）確定 prf，以期獲得較好的迎頭和尾追搜索效果；速度搜索，使用高 prf，專用於迎頭高速接近的目標；近距搜索，使用中 prf，用於格鬥時為響尾蛇飛彈和航炮提供數據，具有 16、32、64 公裏三種探測範圍，可以跟蹤多個目標。作為以上三種模式的備份，apg-63 還有一種非 pd 模式，使用低 prf，隻能提供上視能力??因為非 pd 模式無法過濾地麵雜波。此外，apg-63 還有多種提供特殊功能的模式，包括：信標模式，用於向空中飛機的敵我識別係統（iff）發射詢問信號；手動跟蹤模式，作為自動跟蹤模式的備份；被動模式，用於監測外部雷達輻射信號，同時自身隻發送微弱脈衝，以盡可能減小自我暴露的可能性；地圖測繪模式。
1973 年，apg-63 雷達投入使用。1979 年，該雷達裝備了可編程信號處理器（psp），這是 psp 首次在機載雷達上應用。這使得係統通過軟體編程就可以適應新的戰術、使用模式以及武器係統，而無需進行大規模硬體改進。1986 年，apg-63 停產，共生產大約 1,000 台，裝備所有 f-15a/b 型和早期 f-15c/d 型。但是 apg-63 並不完善。其平均維修間隔時間（mtbm）不到 15 小時。對該係統的航線可更換件（lru）的技術支持日益困難。原因之一是很多部件採購困難，而採用新技術部件則往往要求重新設計係統而被迫放棄。另一方麵，持續惡化的可靠性影響了飛機的部署。如果航空站沒有二級維修能力，就無法對雷達故障提供技術支援。此外，由於設計時的局限，apg-63 事實上沒有多餘的處理能力和存儲能力來升級軟體，應付日益增大的威脅。為此，從 f-15c/d 後期型開始換裝 apg-70 雷達。美軍地勤人員檢修f-15c的apg-63(v)1雷達
f-15 機身為全金屬半硬殼式結構，分為三段。前段包括機頭雷達罩、座艙和電子設備艙，主要結構材料為鋁合金。中段與機翼相連，前三個框為鋁合金結構，後三個為鈦合金結構。後段為發動機艙，全鈦合金結構。
進氣道外側有凸出的整流罩，從機翼根部前緣向前延伸，大迎角下可以產生渦流，推遲機翼失速和提高尾翼效率，相當於邊條翼，但由於整流罩前緣半徑較大，具有較大吸力，氣流不易分離，其效果不如邊條翼好。整流罩結構經過機翼向後延伸，形成尾部支撐桁架（尾撐）結構，除了提供尾翼安裝空間外，大迎角下還能產生一定的低頭力矩，改善飛機的大迎角性能。
單塊式減速板位於機身背部，最大開度 35 度，可以在任何速度下打開，並不會改變飛機的俯仰姿態。
f-15 的機尾採用雙發小間距布局，減小了飛機阻力。
機翼
f-15 採用的機翼方案為：切尖三角翼，無前後緣機動襟翼，採用前緣固定錐形扭轉設計。前緣後掠45 度，機翼相對厚度為6%/3%（翼根/翼尖），展弦比為3，根梢比為5，翼麵積56.48 平方米，下反角1°，安裝角0°。機翼上僅有後緣高升力襟翼和副翼共4個操縱麵。
f-15 採用切尖三角翼翼形的原因是三角翼在改善機翼結構、增大機內容積方麵有較大優勢，同時可以使飛機在跨音速區的阻力增加變得更加平緩，飛機跨音速時焦點移動量也較小，減小了配平阻力。
為了改善飛機亞音速性能，f-15 採用了前緣固定錐形扭轉設計，而沒有採用當時已經得到普遍應用的前緣機動襟翼??這種設計主要是從重量、製造工藝和係統複雜性方麵考慮的。
機翼採用高達 3 的展弦比，配合較小的根梢比，有利於推遲翼尖分離，明顯減小了機翼誘導阻力；同時較大的展弦比提高了機翼升力線斜率，改善了機翼升力特性。這和能量機動理論中減阻增升的要求是一致的。當然，展弦比增大，超音速零升阻力係數也增大，增大了跨/超音速的波阻。這個缺點，則利用強大的發動機推力和其它方麵的設計來彌補。
機翼結構為多梁抗扭盒型破損安全結構，前梁為鋁合金，後三梁為鈦合金。內側整體油箱的下蒙皮採用鈦合金壁板，其餘為鋁合金機加工整體壁板。機翼前後緣、襟翼、副翼均為全鋁蜂窩夾層結構。機翼的破損安全結構，配合承力蒙皮，隻要有一根翼梁仍然完好，就可以支持飛機繼續飛行，大大提高了飛機的生存能力。
尾翼
垂尾採用大展弦比、中等後掠角設計，前緣後掠角 37°，外傾 2°，高度較大，大迎角下可以明顯改善飛機的航向穩定性，從而保證 f-15 可以有效的進行大迎角機動。
f-15 的平尾為大後掠全動式低平尾設計，前緣後掠角 50°，具有前緣鋸齒和翼尖斜切設計。
f-15 垂直安定麵和平尾都是全金屬蜂窩夾層結構。兩者的抗扭盒為鈦合金結構，蒙皮則是全厚度鋁夾芯和硼纖維層合板構成的蜂窩壁板，前後緣為全鋁蜂窩結構。方向舵梁肋為碳纖維複合材料，蒙皮則由硼纖維層合板和鋁夾芯構成。平尾和方向舵均可以左右互換。
發動機
正在測試的f100-pw-100發動機
發動機是 f-15 的另一個關鍵。普拉特.惠特尼研製的 f100-pw-100 發動機加力推力高達 11,340 公斤，為 f-15 的優越性能提供了堅實的基礎。這是一種軸流式渦扇發動機，涵道比 0.7，雙軸 3 級風扇+10 級高壓壓氣機+2 級渦輪。該發動機設計相當先進，推重比 7.8，可以左右互換安裝，在理想條件下拆卸時間隻需要 20 分鍾。
航電設備
f-15 裝備了大型脈衝都卜勒（pd）雷達，以提供先敵發現的優勢。戰術電子戰係統（tews）提供威脅告警信息。平顯和雙杆操縱係統（hotas）則大大減輕了飛行員搜索、跟蹤、攻擊目標時的操縱負擔，並簡化了操縱程序。
為 f-15a 設計的是 an/apg-63 全天候多模式雷達係統。apg-63 雷達工作在 x 波段，探測距離遠，具有下視下射能力。探測信息自動送往中央計算機，並和計算結果一起實時反饋給飛行員（通過平顯和下顯）。apg-63 具有多種對空工作模式，可以根據不同的搜索方式或選擇的交戰模式來選擇不同的脈衝重複頻率（prf）：遠程搜索，使用中/高 prf，根據飛行員選擇的搜索距離（18.5~296 公裏）確定 prf，以期獲得較好的迎頭和尾追搜索效果；速度搜索，使用高 prf，專用於迎頭高速接近的目標；近距搜索，使用中 prf，用於格鬥時為響尾蛇飛彈和航炮提供數據，具有 16、32、64 公裏三種探測範圍，可以跟蹤多個目標。作為以上三種模式的備份，apg-63 還有一種非 pd 模式，使用低 prf，隻能提供上視能力??因為非 pd 模式無法過濾地麵雜波。此外，apg-63 還有多種提供特殊功能的模式，包括：信標模式，用於向空中飛機的敵我識別係統（iff）發射詢問信號；手動跟蹤模式，作為自動跟蹤模式的備份；被動模式，用於監測外部雷達輻射信號，同時自身隻發送微弱脈衝，以盡可能減小自我暴露的可能性；地圖測繪模式。
1973 年，apg-63 雷達投入使用。1979 年，該雷達裝備了可編程信號處理器（psp），這是 psp 首次在機載雷達上應用。這使得係統通過軟體編程就可以適應新的戰術、使用模式以及武器係統，而無需進行大規模硬體改進。1986 年，apg-63 停產，共生產大約 1,000 台，裝備所有 f-15a/b 型和早期 f-15c/d 型。但是 apg-63 並不完善。其平均維修間隔時間（mtbm）不到 15 小時。對該係統的航線可更換件（lru）的技術支持日益困難。原因之一是很多部件採購困難，而採用新技術部件則往往要求重新設計係統而被迫放棄。另一方麵，持續惡化的可靠性影響了飛機的部署。如果航空站沒有二級維修能力，就無法對雷達故障提供技術支援。此外，由於設計時的局限，apg-63 事實上沒有多餘的處理能力和存儲能力來升級軟體，應付日益增大的威脅。為此，從 f-15c/d 後期型開始換裝 apg-70 雷達。美軍地勤人員檢修f-15c的apg-63(v)1雷達