Większe rozmiary pocisku uniemożliwiały podwieszanie go w lukach z pokrywami zawierającymi prowadnice dla pocisków niekierowanych. Powstały plany przystosowania F-102 do przenoszenia niekierowanych pocisków nuklearnych MB-1 Genie, jednak mimo iż w maju 1956 dokonano testowego odpalenia Genie z YF-102A, nie wdrożono tego rozwiązania na samolotach seryjnych.
F-102 w okresie eksploatacji przeszedł szereg modernizacji: większość samolotów została doposażona w systemy śledzenia w podczerwieni, ostrzegacze o opromieniowaniu radarem, transpondery, zapasowe sztuczne horyzonty i usprawnienia systemu kierowania ogniem. Proponowana wersja szturmowa miała być wyposażona w zabudowane w kadłubie działko systemu Gatlinga, dodatkowe dwa węzły uzbrojenia pod skrzydłami dla bomb, większe wewnętrzne zbiorniki paliwa i instalację do tankowania w powietrzu.
Dla szkolenia pilotów F-102A opracowano TF-102A – wersję dwumiejscową z miejscami instruktora i ucznia obok siebie. Ta zmiana wymagała przemieszczenia wlotów powietrza, oraz dodania wytwornic wirów w górnej części kadłuba aby uniknąć oderwania strug w określonych warunkach lotu. Samolot w tej wersji posiadał zdolności bojowe, ale nie osiągał prędkości dźwięku.