机翼为变后掠中单翼。设计要求是：减少翼载来保证机动能力；用前、后缘空战机动襟翼来改善跨音速机动性；尽量减少停放占用的面积。变后掠机翼外翼段较短，这样就可减轻转轴结构的重量，但增大了罩在中央翼盒上的“翼套”，转轴距机身对称面2.72m。飞行中机翼后掠角的变化范围为20毅—68毅，由机载设备根据飞行状态自动调节，最大变化速度为7毅/秒。也可以由驾驶员手动调节。停放时后掠角最大可达75毅以减少占用面积。可动段具有全翼展两段式前缘缝翼和三段式后缘单缝襟翼，在起降和机动飞行时使用。每侧上翼面各有3块扰流板，当后掠角小于57毅时自动接通，用于辅助横侧操纵和着舰时减速用。为控制机翼后掠角变化时压力中心移动提供俯仰配平升力和降低翼载荷，在机翼固定段前缘设计了可动前置扇翼，最大转动角为15毅。
全金属半硬壳式结构机身采用机械加工框架，钛合金主梁及轻合金应力蒙皮。前机身由机头和座舱组成，停机时机头罩可向上折起。中机身是简单的盒形结构可储油。后机身从前至后变薄，尾部装外伸的排油管。后机身上下还有减速板，上一下二，在剧烈俯冲和发射导弹时打开，着陆时下减速板锁死。
尾翼由双垂尾和可差动的全动平尾组成。平尾的偏转角为+15毅——35毅，差动平尾起副翼的作用。垂直安定面与后机身的钢质加强框连接。方向舵也采用蜂窝增强的化学铣切合金蒙皮。可收放前三点式起落架和A—6攻击机相同。主起落架向前收起时机轮转90毅收入发动机进气道下部，前起落架向前收入机身舱内。机轮为无内胎轮胎，内充氮气，压力为16.9伊105—24.1伊105Pa。双轮式前起落架的撑杆用作弹射起飞时的挂钩。着舰钩装在后机身下面的整流罩内。从1981年春开始，用古德伊尔公司的碳刹车装置取代了原先采用钢刹车装置，进一步减轻了重量。
采用直通道的二元外压式进气道，置于机身两侧固定翼段下方，距机身有25cm的间隙，以消除附面层的影响。进气道内有多激波可调斜板系统，可以由机载设备在所有飞行条件下自动调节，保证发动机得到合适的气流。进气道结构大部分用铝合金蜂窝结构，长约4.27m。后短舱采用胶接钛合金蜂窝结构，长约4.88m。早期生产的飞机装两台普拉特·惠特尼公司的TF30—P—412加力式涡轮风扇发动机，单台加力推力93kn（9490kg）。其安装管道可以开启，能在180毅范围内进行保养。从1983财政年度开始，生产的飞机改用TF30—P—414A发动机，其额定功率值不变。从1986年起采用F110—GE—400发动机，单台加力推力124.5kn。采用加雷特公司ATS200—50空气涡轮启动器。整体外翼油箱，每个油箱可载油1117L；后机身发动机之间载油2453L；机翼传载结构的前方载油2616L；另外有两个供油油箱，总共可载油1726L。机内油箱载油量9029L。在每个进气道下方可以携带一个副油箱，每个载油1011L。可收放式空中受油箱置于前座舱前方附近机身的右侧。采用气动引射式收敛—扩散喷管。
F—14A型是第一种生产型，装两台TF30—P—412发动机，单台加力推力93kn。1983—1985年交付的飞机换装了TF30—P—414A发动机。
RF—14A是A型外挂侦察设备吊舱而成的侦察机，不挂吊舱时战斗力与A型相同。该吊舱重748kg，置于机身腹部两个发动机舱中间，距机身0.38m。舱内有四种主要设备：头部装一台CAIKS—87B分幅照相机，向前或向下拍摄；费尔柴尔德公司的KA—99低中空三镜头全景照相机；霍尼韦尔公司的AN/AAM—5侦察装置；地面检查维护和控制数据显示装置。在1980—1981年间共有49架F—14A改装成可载侦察吊舱的RF—14A。
F—14B型的机体、电子设备和武器与A型相同，改装F401—PW—100发动机，单台加力推力125kn。
F—14C是B型的改进型。采用更先进的火控系统，具有全天候空地武器投放能力。
F—14D更新了发动机和简化了电子设备和武器系统。动力装置是两台普惠公司TF30P412涡扇发动机，单台加力推力93kn。后来使用通用电气公司的F110GE400涡轮风扇发动机，单台加力推力124.5kn。F—14D上大约有60%的模拟电子设备更新为数字式设备，改装新的武器管理、导航、显示和控制系统，利顿公司AN/ALR—67威胁告警系统和目标识别系统由MIL—STD—1553B数据总线联结，机载威斯汀豪斯ITTAN/ALQ—165电子干扰机（ASPJ），联合战术信息发布系统，前视红外搜索跟踪传感器，电视摄像机。以上系统与F—18和最新的A—6上的系统有很好的兼容性。休斯公司新研制的AN/APG—71雷达取代了F—14标志性的AN/AWG—9雷达，其电子对抗能力有了很大提高，具有单脉冲角度跟踪、数字式扫描控制、目标识别和空袭效果评价能力。该雷达所采用的新型高速数字信号处理器是AN/APG—70雷达上数字处理器的改进型，AN/APG—70雷达用于美国空军的F—15多阶段改进计划。现役的F—14于1991年5月全部配备了Tape115B计算机软件，具有用常规炸弹执行对地攻击任务的能力。在新的F—14D上采用ALR67威胁警告及辨认系统的自卫干扰机、联合战术信息分配系统，红外搜索和跟踪传感器和电—光侦察装置。F—14D采用先进中距空空导弹（AMRAAM）。下面三图为VF9中队黑色涂装的F—14D和VF11中队的F—14D。
F—14的机翼为变后掠中单翼。飞行中机翼后掠角的变化范围为20%—68%，由机载设备根据飞行状态自动调节，最大变化速度为7毅/s。应急或必要情况下也可以由驾驶员手动调节。平尾偏转角为+15毅到—15毅，差动平尾起副翼的作用。
F—14使用了休斯公司的AN/AWG9脉冲多普勒雷达。取决于目标的大小，可截获120km到315km内的空中目标，可以同时跟踪从超低空到30000m高空及不同距离之内的24个目标，攻击其中的6个目标。还装备有AN/AWG15火控系统及AN/ASW27B数据传输系统，CP1050/A中央大气数据计算机等先进的现代电子设备。后在改进中，大约60%的模拟式设备换成了数字式设备，并安装新型的AN/APG—71雷达，具有单脉冲角度跟踪、数字式扫描控制、目标识别和空战效果评价能力。
F—14武器包括1门M61A1“火神”20mm六管机炮，备弹675发。截击时外部挂架可以挂6枚“麻雀芋B”AIM—7E/F导弹加4枚AIM—9G/H“响尾蛇”
空空导弹，或者挂6枚AIM—54A“不死鸟”远距空空导弹加2枚“响尾蛇”导弹，除此之外还可以携带AIM—120先进中距空空导弹、AGM—88高速反辐射导弹、Mk82炸弹以及其他武器。
2004年，经过30年的服役，美海军第一种远程空空导弹AIM—54“不死鸟”空空导弹于9月30日退役。AIM—54“不死鸟”远程空空导弹于1960年开始概念开发，休飞机公司于1962年被选中研制该型导弹，随后雷声公司于1988年加入研制队伍。经过5年的研发，AIM—54于1965年进行首次飞行试验，当年完成全控制系统的首次机载发射试验。1973年11月，F—14发射并制导6枚“不死鸟”导弹摧毁6个不同的目标。AIM—54A于1973年开始装备美海军，1974年具备作战能力。经过几次改进之后，“不死鸟”具有初始半主动制导、末段主动制导的能力；C型安装有新的主动雷达引信和高推力发动机。AIM—54C于1981年服役，1984年进入全速生产阶段。
F—14A曾出口到伊朗，共计80架。后因为伊朗伊斯兰革命，美国制裁伊朗，这些F—14A处境艰难。
2002年6月，美海军暂停了全部156架F—14战斗机在航母上的飞行任务。
此次停飞主要是为了深入调查该型飞机前起落架的腐蚀问题。2002年3月2日，在地中海发生了F—14前起落架外气缸腐蚀、导致弹射事故飞行员丧生的事件。
2002年6月17日美海军F—14经过两周检查后，全部重新投入现役使用。海军最初估计需要2周时间对整个F—14机队进行检查，但只花了5天时间即告完成。海军发现有3架F—14存在相同的隐患，进行了相关维护。
2003年3月，美海军的F—14D进行了两周的紧急改装，随后在对伊拉克空袭中首次成功的使用JDAM制导炸弹。一架F—14D在开战前曾向伊拉克禁飞区的一个目标投放了一颗908kg的MK—84JDAM。之前F—14D并没有使用JDAM的软件。改进完成后，部署在海湾地区海域的3艘航空母舰上的总共30架F—14D都可以携带JDAM，从而获得了全天候精确攻击能力。还有17架F—14D仍按原订计划，在5月份完成JDAM的装机任务。
尽管在伊拉克战争中展现了较佳的多用途能力，F—14仍步步逼近其退役机龄，大量的现役F—14已到达服役寿命。F—14与现在的新型战斗机相比，需要太多的维修，尤其是老式的液压和电气系统，使维修更为困难。20世纪90年代，海军决定让F—14开始退役，代之以新型的F/A—18E/F。机型转换的过渡工作从2004年秋季开始。2004年6月，美海军大西洋舰队空军主管、太平洋舰队海军航空兵主管、海军少将左特曼表示，由于一项加速计划的实施，美海军目前剩余的“雄猫”战斗机将于2006年秋退役，这同时意味着F/A—18E/F战斗轰炸机能提前部署。
关于F—14与F/A—18E/F哪个更优秀的话题，美军及军工行业内部展开了连番争论。尽管F—14在部分性能上明显优于F/A—18E/F，但F—14完全退役已经是板上钉钉的事情了。
基本技术数据如下。
机高：4.88m
机长：18.89m（19.10m）
翼展：11.45—19.55m（停放在甲板上完全后掠时：10.15m）
机翼面积：52.50m（52.46m）
展弦比：7.28
空重：18191（18176）kg
无外挂起飞重量：26632kg
正常起飞重量：24948kg
最大起飞重量：33724（31101）kg
机内燃油重量：7348kg
副油箱燃油重量：1638kg
最大外挂重量：6577kg
最大平飞速度：M2.34（高度12190m），M1.2（海平面）
巡航速度：741—1019km/h
实用升限：18290m
转场航程：4600km以上
作战半径：725km（载内部燃油，4枚“麻雀”芋，允许在3050m高度作战2分钟）
最大爬升率：152m/s以上
最小起飞距离：427m
最小着舰距离：884m