F-16机身内部共有7个油箱，分别是2个前机身油箱、1个后机身油箱、2个左右机翼油箱、1个前机身蓄油油箱、1个后机身蓄油油箱。F-16A/C单座型内油容量3974升，F-16B/D双座型内油3194升，F-16在满内油的状态下仍可做9g机动。此外F-16 的机翼内侧挂架和机腹挂架都可以挂载副油箱，其中机翼副油箱分为两种，一种是1400 升（370加仑）副油箱，一种是2271升（600加仑）副油箱，机腹椭圆形副油箱为1136升（300加仑）。以色列IMI公司研制的机翼2271升副油箱可使F-16的转场航程增加40%，作战半径增加25%。
F-16在机背安装有硬管式控制加油接口，覆盖有可下翻的铰接式舱盖。F-16发动机启动后，机身内部前后两个小型蓄油油箱通过主燃油阀直接向发动机供油。4个内部油箱分为两组，分别是前/右和左后，两组油箱的燃油系统分别向各自的蓄油油箱供油。机腹副油箱同时向左右机翼油箱供油，机翼副油箱向各自的机翼油箱供油，直到副油箱燃油耗尽。不过在进行空中加油作业期间，副油箱停止向内部油箱供油。
F-16的油箱间主要通过重力和虹吸作用传输燃油，当然也有燃油泵来辅助供油。燃油流量分配器（FFA）用于调整两组油箱的供油量，以避免飞机左右不平衡，以及重心的前后偏移。如果FFA（属于液压系统的一部分）出故障的话，F-16就会因燃油分部不平衡而导致重心失衡。
保形油箱的安装方式
分段式安装
除了传统副油箱外，F-16后期批次（Block 50+/52+及F-16E/F F-16I）可在机背安装一对1703升（450加仑）的保形油箱。保形油箱的设计思想是在保持或不大改变飞机整体流线型（保形）的气动布局的前提下，紧贴机体安装，使油箱与机翼或机身的表面相切，从而减小飞行阻力和雷达反射面积。保形油箱几乎不影响飞机的机动性、操纵性、过载限制和机体设计，而且保形油箱也不影响飞机的日常维护和检修。此外，采用保形油箱还有一个好处，就是可以腾出机翼下面的挂点，使飞机可以携带更多的武器弹药。
模块化设计的F-16保形油箱
F-16的保形油箱可以大幅增加飞机的航程和滞空时间。和原来的Block 30/32 F-16相比，安装保形油箱的Block 52+在操纵品质上毫不逊色，飞行员驾驶其它批次F-16的许多经验对新机仍然适用，在携带保形油箱的情况下仍可做出9g的大过载机动。
这对保形油箱是应以色列空军的要求研制的。在20世纪90年代初以色列空军宣布寻求新的打击战斗机，用以取代“重锤2000”（F-4E升级版）。
F-16保形油箱原型机F-16ES
洛马为此提出了“战隼”航程加大的F-16ES（战略增强）型，用以参加以色列的打击战斗机竞争。为了大幅增加航程，F-16ES增加了可容纳1451千克燃油的保形油箱（CFT），容量接近翼下副油箱，但降低了阻力并解放出翼下主挂架。根据洛马的数据，如果CFT配合1221升（320加仑）机腹副油箱和两个2271升（600加仑）翼下副油箱的话，F-16ES的无空中加油任务半径可达1650千米，此时还可挂载两枚907千克炸弹和4枚空空导弹。比Block 50 F-16C/D增加了40%，大致相当于F-15E。但该机在竞争中败于麦道的F-15I。
最初了保形油箱模型，没有为面积率优化
洛马租用了Block 30 F-16C 83-1120，在机背安装了7.32米长的保形油箱气动模型，在机鼻上下方安装了内置式FLIR/激光系统的转球模型。1994年11月5日该机开始试飞，1995年1月试飞结束。完成了收集F-16 ES外形空气动力学数据的快速成型项目后，该机共进行了21次试飞，其中17次是评估安装CFT后飞机的操控特性。测试表明CFT的气流分离阻力和导致的气动特性变化很小。其余4次试飞集中在研究机鼻下方FLIR转球对进气道气流和发动机可操作性的影响。该机还测试了2271升翼下副油箱，以及翼下挂载的两枚907千克的激光制导炸弹。
1995年1月23日F-16 ES被改回原状后交还爱德华兹AFB。虽然F-16ES没有投产，但该机的创新技术被应用到后来的Block 50/52+ F-16C/D和F-16E/F中去。
装备保形油箱的F-16I
以色列空军在购买了F-15I后，由于该机采购价格高昂，所以后续开始购买能安装保形油箱的F-16I，带保形油箱的F-16就这样绕了一圈后还是被卖给了以色列。
洛马还研制过内置空中加油杆的保形油箱
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