SR-71是第一种成功突破“热障”的实用型喷气式飞机。“热障”是指飞机速度快到一定程度时，与空气摩擦产生大量热量，从而威胁到飞机结构安全的问题。为此机身采用低重量、高强度的钛合金作为结构材料;机翼等重要部位采用了能适应受热膨胀的设计，因为SR-71在高速飞行时，机体长度会因为热胀伸长30多厘米;油箱管道设计巧妙，采用了弹性的箱体，并利用油料的流动来带走高温部位的热量。尽管采用了很多措施，但SR-71在降落地面后，油箱还是会因为机体热胀冷缩而发生一定程度的泄漏。实际上，SR-71起飞时通常只带少量油料，在爬高到巡航高度后再进行空中加油。
SR-71的机身大部份都是钛，而这些钛还是在冷战高峰期从苏联方面得到的，洛克希德用各种可行的伪装方法防止被苏联政府得知这些钛的用途。为了降低成本，他们使用的是可在较低温度软化而较易加工的钛合金，完成的飞机会涂上暗蓝色(趋近黑色)，以加强热辐射冷却与高空的伪装效果。
SR-71被设计为具有非常小的雷达反射截面(radar cross-section，RCS)，这是早期的隐身设计。然而，这并没有包括高温引擎排气，而那也能反射雷达讯号。讽刺的是，SR-71在联邦航空署(Federal Aviation Administration，FAA)的长程雷达上是最大的目标之一，在几百哩外就能追踪。能够让飞机达到三马赫，又必须提供次音速的气流给引擎，对进气道设计而言是必要的。在两个进气口前端各有一个圆锥形、可移动的进气锥，在地面上或次音速飞行下锁定在最前方的位置。自1.6马赫开始，进气锥会逐渐向后移动，最大到26。原始的进气电脑是类比式的设计，依据皮托管静压测量、俯仰、滚转、偏航、攻角等等的输入资料，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震波维持在进气口，使气流减速到1.0马赫的震波为止，之后的次音速气流就可以让引擎使用。这个在进气道内进行震波的捕获称为“启动进气”(starting the inlet)。压缩机前方会因而产生巨大的压力。泄气孔和旁通门设置在进气道和引擎舱内，以维持进气压力，使进气道能持续地“启动”。在3.2马赫巡航下，进气压力的增加估计提供了58%的可用推力，压缩机提供了17%，而后燃器提供了25%，这时几乎就是SR-71的最佳设计点。臭鼬鼠工厂的进气系设计师Ben Rich常说压缩机“使进气活跃著”(pumps to keep the inlets alive)。
