SR-71的速度超过了地球绕太阳的公转速度，如果它环绕地球飞行，可以遇见若干次日出和日落。在这种不可思议的速度下，飞行中会产生极大的高温与空气阻力，机身会热膨胀好几英寸，机身的校准必须以高速状态为准。例如，高温下风挡有可能灼伤飞行员的手，因此，需要一种特殊的空调来防止200°F[1]高温的驾驶舱对飞行员的炙烤。这套用于降低驾驶舱内烤箱般温度的空调系统尤为复杂，它采用了4台热交换机，利用飞机上的燃油和周围的空气来预冷。此外，钛蒙皮会起褶皱，燃料、润滑剂、轮胎等几乎每一个细节都是为近太空飞行的极限所设计。
但是SR-71缺少能承受高温的燃油密封胶，所携带的油箱都留有缝隙。专用的JP-7燃油会在起飞前，以及进行空中加油时发生泄漏。这是SR-71非常“有趣”的地方。它起飞前数小时，需要对燃油系统增压，此时开始漏油，一般有5～6股燃油从机翼内侧漏出，油流粗细与饮料吸管差不多，整个机身下部都会浸湿，严重时候还会从机翼内侧上表面喷出5～90cm高的“油泉”。通常起飞前要多加182～318kg油料，每小时漏出45kg（SR-71的油量是以千克计算而不是加仑）。升空后，SR-71必须冲刺以加热机体，此后机身油箱由于受热，缝隙会因膨胀而闭合，不再漏油。然后SR-71必须进行空中加油，才能继续执行任务。飞机降落后座舱盖表面温度会高达570℉以上，需要较长一段时间的冷却，期间没有人能靠近。
背鳍是SR-71一个独特而有趣的特征。早期的雷达隐身研究认为，平滑且渐缩的外形能将最多的雷达波束反射至其他方向。原先的“黑鸟”并没有背鳍，看起来就像个放大版的F-104，但雷达工程师说服了空气动力学专家，增加了一些风洞试验。他们发现背鳍可以产生强力的涡流，在接近机身前段会产生大幅度的额外升力，于是就可以减小三角翼的安装角，以获得较高的安定性与较低的高速阻力，还能增加载油量以获得更远的航程。由于强力涡流产生的湍流在大迎角时流过机翼会延缓失速，既可以降低着陆速度，又可以进行大过载机动直到发动机熄火。背鳍的作用类似近代战斗机用以提升机动性的机翼前缘延伸，在风洞试验过程中发现这一特点后，原本许多早期设计构型中都具有的机翼前缘就不再需要了，这样的设计仍然出现在许多最新型的隐身无人机上，例如“暗星”、“掠食鸟”、X-45和X-47等，如此就可以采用无尾翼设计而兼具安定性与隐身性。
2.大量采用钛合金
在臭鼬工厂为超过Ma3的飞机选择结构材料时，飞机最常用的铝合金自然被淘汰了。铝合金承受不了空气摩擦使机体产生的800°F高温。基本结构必须要用高强度不锈钢合金或者钛合金。而雷达罩、座舱盖和某些其他区域可能需要研制高温塑料。实际上在高空高速领域，不锈钢作为高温材料比钛合金更好（苏联应对SR-71研制的Ma3高空截击机米格-25就用了不锈钢），但臭鼬工厂依然使用了钛合金。最终SR-71的结构大部分都是钛合金，并且这些钛合金几乎都是在冷战高峰期从苏联方面得到的，洛克希德公司用各种可能的隐蔽方法防止被苏联政府得知这些钛的用途。为降低成本，他们使用的是可在较低温度下软化而较易加工的钛合金。
SR-71的钛合金机翼制造过程并不轻松，当工程师们把它放进“热箱”去模拟飞行中的高温时，它像一块旧抹布一样皱了起来。解决的办法是将蒙皮壁板的周边都与翼梁分开，并在机翼蒙皮上加上波纹槽和凹纹。因此主翼内侧蒙皮的主要部分其实是皱纹状的。热膨胀会使平滑的蒙皮撕裂或卷曲，从而将蒙皮做出皱折让它能向垂直方向伸展，避免应力过强，同时也增强了纵向强度。采取这种措施后，钛合金受热时只不过使波纹槽加深而已。有空气动力学专家就指责凯利·约翰逊是在造一架20世纪20年代Ma3的福特“三发”飞机（因其皱纹状的铝制蒙皮而闻名）。但是，这就是高空高速飞机所面临的严重问题的有效解决办法。对钛制蒙皮的研究显示，在逐次像是退火一般的剧烈加热中，材质会逐渐强化。
SR-71的钛合金机头制造过程同样不轻松，零件非常容易发生氢脆，良品率不足10%。臭鼬工厂甚至更换了整个钛合金工艺体系。臭鼬工厂最终采用了一种非常严格的质量控制程序，每制出10个零件取3件作为样件，经过热处理并做试验，然后该批的其他零件才可以入库以备将来使用。其中一个样件装在拉力机上试验材料的强度；第二个切一个切口（长约 1/4in），在切口处绕一个非常小的半径弯曲，半径小到仅为厚度的32倍，观察是否会断裂；第三个则供需要做再次热处理时用。为了制作起落架用的巨大厚重的挤压毛坯，他们先切下12个样品，每个样品都必须通过试验才进行机械加工切割成起落架。如果不合格，那么毛坯就要更换。这样的质量控制程序收到了非常好的效果。尽管臭鼬工厂在取样方面花了非常多的时间，但是这样严格的质量控制得到了回报。到20世纪80年代初期，臭鼬工厂已经为旗下的所有飞机，以及洛克希德公司的L-1011民用客机，还有军用货机生产了1300多万个钛合金零件。由于钛合金是一种非常坚硬的材料，用它制成的零件不能像其他材料一样在装配时修整到位，因此必须加工到更严格的公差范围。加工时必须使其成形精确，而精加工是很昂贵的。因而在长期生产中节约了切削料，钛合金在生产中几乎没有报废零件。
在生产SR-71的钛合金零件过程中，臭鼬工厂还积累了非常多的其他经验。例如钛合金非常敏感，很容易被腐蚀，那么所有的镀镉工具都必须远离钛合金。又如城市供水系统中加的氯会使得机翼壁板的点焊非常容易脱开，必须换用纯净水洗涤焊接处。而给钛合金零件钻孔的钻头也必须选用特殊材质，否则，坚硬的钛合金将非常容易使钻头报废。这些经验都是臭鼬工厂在长期的工作中得到的，为其后来的发展奠定了非常坚实的基础。
3.绝妙的发动机
SR-71采用的J-58发动机是当时唯一可以持续开加力的军用发动机，当飞行速度愈高，发动机的效率也随之提升。每台J-58能够产生32500lb （145kN）的静推力。一般喷气式发动机无法持续开加力，而且效率在高速时会下降。
能够让飞机达到Ma3的速度，必须提供亚声速的气流给发动机，涵道设计就显得尤为重要。在两个进气口前端各有一个圆锥形的可移动进气锥，在地面上或亚声速飞行时锁定在最前方的位置。当速度到达Ma1.6后，进气锥会逐渐向后移动，最大可后移26in。原始的进气道是类比式的设计，依据空速管静压测量值以及俯仰、滚转、偏航、迎角等的输入数据，可计算出进气锥所需要的前后移动距离。这么做可以将进气锥尖端产生的激波维持在进气口，使气流减速到Ma1.0的激波为止，之后的亚声速气流就可以提供给发动机使用。这个在涵道内进行激波的捕获称为“起动进气”。压气机前方会因此产生巨大的压力。泄气孔和辅助进气门设置在涵道和发动机舱内，以维持进气压力，使涵道能持续地“起动”。以Ma3.2的速度巡航时，进气压力的增加估计提供了58%的可用推力，压气机提供了17%，而加力燃烧室提供了25%，这时几乎就是SR-71的最佳设计点。
J-58发动机可以算是一型混合喷气式发动机。它是在一台冲压发动机内部再加了一台涡喷式发动机。进入发动机的空气先是被激波锥压缩（同时气流温度也会上升），接下来气流被分成两道：一部分进入压缩风扇（核心气流），其余部分经由特殊管道直接进入加力燃烧室（旁通气流）。通过压缩风扇的气流会进一步压缩（同时温度也进一步上升），燃料与压缩气流在燃烧室混合燃烧，这时气体温度达到整个阶段的最高温，仅仅略低于涡轮叶片开始软化的温度。在通过涡轮段之后（温度稍微下降），核心气流与旁通气流在此会合一同进入加力燃烧室。但是当SR-71在高速飞行时，通过激波锥压缩的核心气流温度会高出许多，而这时气流尚未经过压缩和燃烧段，过高的温度使得喷入燃烧室的燃料量必须减小，以免接在后面的涡轮叶片会因为高温而熔化。
当速度接近Ma3时，通过激波锥与压缩段气流的温度已经非常高，此时没有任何燃料会与核心气流混合，这意味着通过压缩、燃烧和涡轮段的核心气流实际并未提供任何推力，SR-71仅仅依靠加力燃烧室产生的推力来飞行。利用激波锥的压缩效果，这时发动机转变成为冲压发动机的型态。低速时，喷气式发动机（核心部分）与冲压发动机（旁通气流与加力燃烧室混合）共同作用；飞行速度提高时，喷气式发动机虽然还是位于冲压发动机的进气通道内，可是已经形同停止工作。没有其他飞机是以这种方式来提供动力的，通常可以想象成为这是一台冲压发动机内部还有一台喷气式发动机。
原先SR-71的发动机是以辅助的外部起动车进行起动，起动车停在飞机下，以两台别克V-8发动机驱动连接到J-58的一根垂直驱动轴以起动发动机，起动一台后再驶到另一侧起动另一台发动机，整个过程噪声很大，可以说是震耳欲聋。后期J-58就改用传统的起动车了。
为了使发动机能在所有的飞行情况下都工作，进气口的研制花去了好几年时间。早期常因气流分离而熄火，发动机在不到1s的时间内，会猛然地从发出16000～20000lb的推力变为0推力。飞行员被撞向一边，甚至分不清是哪一台发动机熄了火。
臭鼬工厂在方向舵系统上装了一个自动控制装置来解决这个问题，使飞行员在0.15s内能够感到有一台发动机熄了火，而且知道是哪一台，并靠液压助力系统蹬出9°方向舵，使飞机继续平飞。后来的SR-71则有了一个自动起动装置。这个装置工作非常好，SR-71在东南亚热带雨林环境时，飞行员执行非常艰难的任务也没有发生过发动机熄火。
4.苏格兰威士忌燃油
SR-71有着极高的高度和速度，其时速能达到2092mile，即Ma3.3，比“协和”号飞机快40%，高空飞行高度达85068ft。因此，飞机上的每一个部分都需要重新“发明”，燃油也不例外。为了寻找合适的燃油，凯利·约翰逊的团队考虑过几种高能燃料的方案，例如液氢、煤或硼悬浮燃料。
液氢飞机油箱的容积一经确定，就只能是这么多了。虽然可以再加上外挂油箱，但是很困难，因为会增加阻力。最为关键的是，负责生产发动机的普·惠公司遇到了很大的困难。因此，臭鼬工厂果断中止了液氢飞机的方案，转而寻求其他高效燃料。
煤悬浮燃料，是将精磨的煤粉以轻油为基加水混合成浆状，注入发动机作为燃料。这也是一种可能的能源，但是细小的煤灰可能会损坏涡轮叶片。硼悬浮燃料也是如此。
因此，臭鼬工厂决定仍然用液态石油作为燃料。但是要在这样高的高度和很大的温差下使用（高空空中加油时温度为-90°F，而超声速飞行时温度则会达到650°F），这必须是一种十分特殊的燃料。臭鼬工厂把研制燃油的重任交给了壳牌石油公司。壳牌石油公司最终制造出了JP-7燃油，但非常昂贵。它含有碳氟化合物以增加润滑性，氧化剂使其更容易燃烧，甚至还有铯的配方以降低尾气的雷达信号特征。这使得JP-7燃油比苏格兰威士忌还贵，SR-71发动机开车或飞行1h的油费就要24000～27000美元。相较之下，U-2只需要它的1/3。
JP-7是一种优良的燃油，它还可以用做绝热剂。油箱也不只用于装油，还设计用来保护起落架。起落架收起后藏在几个油箱的中间。由于燃油的冷却辐射作用，橡胶轮胎就与飞机在长时间飞行所产生的高温隔开了。否则，轮胎就可能随时爆破，飞机则无法着陆。
5.早期的隐身设计
SR-71“黑鸟”名字的由来是因为它的黑色涂层，这是为了增加飞机表面的发射率。也就是说，黑色涂层可以增加蒙皮向周围环境辐射的热传递效率。尽管这会增加1000多磅的重量，但是却降低了飞机温度，从而提升了其整体性能。黑色并不会带来任何视觉伪装的效果，因为SR-71看起来已经比周围天空的颜色更浅，这是由于飞机飞行在近太空的高度——背景几乎是外太空的颜色（比“黑鸟”的颜色更深）。黑色涂层还含有可以吸收辐射的盐酸铁微粒。这种特性以及机身形状和15 °的倾斜尾翼，大大减少了飞机的RCS，尽管SR-71有着长达107ft的机身和近56ft的翼展。
6.高昂的维护费用
SR-71无疑是一架优秀的飞机，它的部分特性直到现在都遥遥领先于绝大部分飞机。但是SR-71毕竟是美苏冷战的产物，优点明显的它，缺点也同样显著。
