X-31 jest dolnopłatem ze sterem wysokości w dziobowej części kadłuba. Skrzydło o obrysie podwójnej delty ze specjalnie zaprojektowanym dla tego samolotu 5% profilem transsonicznym o bardzo zaokrąglonej krawędzi natarcia, ułatwia przechodzenie do lotu na dużych kątach natarcia. Skrzydło ma dwudzielne klapy, umieszczone zarówno na krawędzi natarcia, jak i na krawędzi spływu. Te ostatnie pełnią również funkcję lotek. Skrzydło jest pokryte kompozytem węglowym i – w odróżnieniu od wielu samolotów – nie ma w nim zbiorników paliwa. Główny i jedyny zbiornik paliwa znajduje się w kadłubie. Samolot napędzany jest pojedynczym silnikiem turbowentylatorowym General Electric F404-GE-400. Wlot powietrza do silnika znajduje się podobnie jak w F-16 pod kadłubem. Ilość powietrza dostarczanego do silnika regulowana jest dzięki ruchomej, dolnej powierzchni wlotu. Na wylocie silnika umieszczone są trzy, zbudowane z kompozytów węglowych, ruchome płyty wraz z siłownikami. Ich ruch zapewnia odchylanie (wektorowanie) strumienia wylotowego silnika w zakresie do 10° od osi podłużnej samolotu.