霹雳-21是传说中歼-20使用的远程空空导弹，采用冲压动力，射程约200公里。弹体有两个二元进气道。固体燃料冲压喷气发动机兼有固体火箭与冲压发动机的优点，而又没有液体发动机难以存储维护的缺点。主要用于攻击敌方的预警机等飞行在战线后方的大型目标。
此外，歼-20可能最终配备具备反弹道导弹能力的"超级空空导弹"。美军计划为F-15装备低层防御系统"爱国者"PAC-3的动能导弹。中国也正在积极的发展多层次的反导防御系统。这一全新机载武器的技术难度很大，目标信息获取、跟踪、外挂、发射等方面都面对巨大挑战，但其战略意义非凡。
空面武器
我军现有的大量精确制导空面武器，很多已不适合歼-20使用。例如部分武器尺寸过大，不适合在弹仓内携带。我国的新型空面武器正在迅猛发展，"雷石"、"飞腾"等制导炸弹就是这类武器的出色代表，并已经衍生了多个重量、射程级别的改进型，包括适合弹仓携带的型号。具备光电高精度末制导的型号也已露面。加装滑翔套件和火箭助推器可以使射程增加到80甚至200公里。经过简单改装，还可以作为智能水雷使用，能够以非常灵活的方式快速布设大面积的雷场。歼-20也可以外挂大型空面武器，例如中远程巡航导弹，形成战略打击能力。也可以外挂先进的反舰导弹。这类导弹越来越难以被发现，搭配上歼-20的隐身能力，对敌方纵深目标的突袭能力愈发强悍。
另一个重要发展方向是兼顾空空、空面作战的多用途导弹，这将是重大的突破。洛马公司正在研制的CUDA导弹借助先进的直接命中体制，能够同时满足空战与对地需求。这类导弹可以缓解弹仓挂载位置有限的矛盾。
