F-35的任務(wù)系統(tǒng)是飛機里最復(fù)雜的一個方面。航電設(shè)備和傳感器融合的設(shè)計是為了增強飛行員的態(tài)勢感知和指揮與控制（Command and control C2）能力，并促進網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)（Network-centric warfare，NCW）。

關(guān)鍵傳感器包括

1諾斯洛普格魯曼的AN/APG-81有源電子掃描陣列（active electronically scanned array AESA 也叫有源相控陣）雷達，

2英國宇航系統(tǒng)公司的AN/ASQ-239 梭魚（Barracuda）電子戰(zhàn)系統(tǒng)，

3諾斯洛普格魯曼/雷神的AN/AAQ-37分布式孔徑系統(tǒng)（Distributed Aperture System DAS），

4洛克希德馬丁的AN/AAQ-40光電瞄準系統(tǒng)（Electro-Optical Targeting System EOTS）

5諾斯洛普格魯曼AN/ASQ-242通信、導(dǎo)航和識別（Communications, Navigation, and Identification CNI）組件。

F-35的設(shè)計有傳感器的內(nèi)部通訊來提供一個當?shù)氐淖鲬?zhàn)空間的結(jié)合圖像（cohesive image）和任何可能用到的與另一部分結(jié)合的可用性；舉個例子，APG-81雷達也作為電子戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分。

F-35的大多數(shù)軟件都是由C和C++編程語言開發(fā)，同時來自F-22的Ada83代碼也在使用；Block 3F軟件有八百六十萬（8.6 million）行代碼。綠山軟件（Green Hills Software）的Integrity DO-178B實時操作系統(tǒng)（real-time operating system RTOS）運行在集成核心處理器上（integrated core processors ICPs）；包括IEEE 1394b和光纖信道總線（Fibre Channel buses）的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)為了軟件無線電系統(tǒng)和更大的升級靈活性和可負擔性啟用了機隊軟件升級，實際運用時航電設(shè)備用了商用現(xiàn)成品或技術(shù)（commercial off-the-shelf COTS）的組件做補充。任務(wù)系統(tǒng)軟件，特別是用于傳感器融合的，是項目里最困難的部分之一，也是造成項目大大延遲的原因。APG-81雷達使用了電子掃描以便瞬時光波靈敏性（rapid beam agility），并擁有著被動和主動的空對空模式，打擊模式，和合成孔徑雷達（synthetic aperture radar SAR）能力，在超過150千米（80海里）的范圍可以追蹤多個目標。天線向后傾斜以便隱身。與雷達互補的是AAQ-37分布式孔徑系統(tǒng)（Distributed Aperture System DAS），由六個紅外（infrared）傳感器組成，可提供全方位的導(dǎo)彈發(fā)射警告和目標追蹤；分布式孔徑系統(tǒng)充當著一個態(tài)勢感知紅外搜索與跟蹤（situational awareness infrared search-and-track SAIRST)的角色，并在頭盔的護目鏡上給飛行員呈現(xiàn)一個球型立體的紅外夜視圖像。為了全方位的雷達預(yù)警接收器（radar warning receiver RWR），ASQ-239梭魚（Barracuda）電子戰(zhàn)系統(tǒng)有十個嵌在機翼和尾部邊緣的射頻天線（radio frequency antennas）。它還提供射頻和紅外追蹤功能的傳感器融合，定位威脅瞄準，和多光譜圖像的對抗措施以便用導(dǎo)彈反擊。電子戰(zhàn)系統(tǒng)能夠偵測和干擾敵方雷達。AAQ-40 EOTS安裝在機頭下的一個多面的低觀測窗口（faceted low-observable window）內(nèi)部，并執(zhí)行激光瞄準，前視紅外（forward-looking infrared FLI），和遠程紅外搜索跟蹤（IRST）功能。ASQ-242 CNI組件用了半打（六個）的物理鏈接（physical links），包括多功能先進數(shù)據(jù)鏈(MADL)，用于隱藏CNI功能。通過傳感器融合，將來自射頻接收器（radio frequency receivers）和紅外傳感器（infrared sensors）的信息結(jié)合成一個單獨的戰(zhàn)術(shù)圖像給飛行員。在沒有犧牲到低可觀測性時，全方位目標定向和識別可以通過MADL來分享給其他平臺。Link16用于和保留系統(tǒng)（Leagcy system）進行通訊。

F-35從一開始就在它的壽命周期里被設(shè)計為包含改進處理器，傳感器，和軟件改進。技術(shù)刷新（Technology Refresh）3，包括一個新的核心處理器和一個新的座艙顯示，計劃安裝在Lot 15飛機。洛克希德馬丁為Block 4配置提供了先進的光電瞄準系統(tǒng)（EOTS）；改進的傳感器以最小的變化適應(yīng)了EOTS基線的相同區(qū)域。2018年6月，洛克希德馬丁選擇雷神（Raytheon）來改進分布式孔徑系統(tǒng)（DAS）。美國空軍曾研究過F-35通過其傳感器和通訊設(shè)備來策劃復(fù)數(shù)無人戰(zhàn)斗機（unmanned combat aerial vehicles UCAVs）攻擊的可行性。