信息融合是F-35战机的标志性性能特征。所谓融合，就是指该机配备的光电目标获取系统、射频电子战系统和先进的电子扫描阵列雷达所收集的数据通过混合处理后，综合展现在座舱内的单一显示器上。预期通过这种方式降低飞行员的工作负荷并提高其战场感知能力。此外，该机以网络模式工作，通过使用多功能先进数据链（MADL），编队内的飞行员能够共享相同的敌情态势图。该数据链具有低可截获率，能够隐秘的传输数据，以在防御严密的空域执行作战行动。这种在数据融合保证下的共享战场态势，能够保证多机编队迅速、有效的分配作战任务，以更高的效率合理使用有限的武器，攻击特定目标。然而该系统存在一定缺陷，需开发相应软件补丁进行升级，以提高其多机编队的整体融合性。
随着带有数据融合应用的手机使用日益广泛，数据融合似乎显得并不复杂，但对于F-35战机来说，数据必须极其精确，假如把校车与移动导弹发射车弄混淆，就会导致严重的后果。威胁数据的获取必须依靠成千上万次任务飞行，不断对软件算法进行修正，最终才能使系统精确判别目标性质，究竟是地空的导弹发射阵地、敌方雷达，还是民用车辆等。
一位项目官员表示，“理想情况是达到100%融合，即每架F-35战机都可依靠自己传感器上获取图片，并通过数据链分享该图片。这样，所有在线战机不但自身传感器能生成图像，也能共享其他战机图像。而数据融合技术会把多架战机不同角度拍摄的相关图片进行融合处理，生成统一的战场图片，矫正各架战机飞行员对战场情况的了解。理想情况下，对于战场上的任意1个目标，图片经过融合后，在战斗机显示器上所显示的也应该有且仅有1个目标标识。但现实情况是，F-35的试飞员已经不止一次上报过这样的问题，有时特定目标在显示器上有不止1个目标标识―这表明系统并未对输入信息进行完全的融合;有时又会发生同一编队的飞行员看到的是不同的图片。