一站式运输
C-17最耀眼也既是最为人称道的，就是其“一站式运输”能力。过去，美军向前线实施空运时一般都由C-5和C-141这类大型运输机将部队、武器装备和物资空运到中转机场，再由C-130战术运输机转运至前沿野战机场或由地面机动到达作战前沿。C-17的出现改变了这种“二次转运”的空运格局，使得直接将重型武器装备空运至前沿野战机场、不需要转运环节的“一站式运输”成为现实。美国空军在提出C-X项目的招标文件时，就明确要求该机满载时能在2438米长的跑道上起飞、915米长的跑道上降落；满载航程至少为4443公里；机身内部能容纳重型装备，如M1主战坦克等；飞机能在拥挤的停机坪随意进出，且能在满载及五分之二燃油的情况下，在2％的斜坡上后退。
众所周知，前沿野战机场一般都很简陋，跑道长度既短且窄，道面平整度不好，有时甚至直接在“相对较为平坦”的草地、冻土地或沙石地面上稍加平整作为跑道，道面上遍布砂石等杂物是很常见的事。大型运输机的起飞和着陆重量大，所以滑跑距离往往都比较长。若想要在这样“条件恶劣”的前沿野战机场起降，首先要解决的就是大幅度提升飞机的升力系数，再加上诸如反推力装置等技术措施来达到缩短起降距离的目的。但是，采用开缝式襟翼、前缘机翼等传统气动力增升技术提升飞机升力系数能力有限，显然不可能满足以C-17如此之大的起飞／着陆重量为前提条件的短距起降要求。除非另辟蹊径，在增升效果更显著的动力增升技术上下功夫才有可能使得鱼与熊掌二者兼得。
外吹襟翼增升
在C-X项目之前，美国空军曾进行过短距起降运输机的研究工作，成果就是20世纪70年代的波音YC-14和麦道YC-15技术验证机。YC-14所采用的上表面吹气增升和YC-15所采用的外吹襟翼增升技术，就属于动力增升技术。
波音的YC-14飞机采用了上表面吹气技术，该机机翼前上方装有两台大推力的通用电气CF6-50D发动机，每台起飞推力达226千牛。发动机短舱几乎完全伸出机翼前缘，发动机扁圆形喷口接近机翼前缘上表面。当后缘双缝吹气襟翼放下时，由于喷流的附壁效应，使发动机喷流依附在机翼和襟翼的上表面也向下偏转，这就产生了较大的附加升力，即所谓的动力升力。YC-14机翼的升力系数达到3.6，比普通运输机高出1倍，这在当时已是很了不起的成绩。此外，YC-14也采用了反推力技术，所以该机尽管在短距起飞时最大起飞总重达到76.8吨，在保证最大载重量12吨的情况下，起飞滑跑长度和着陆滑跑长度分别只有305米和274米，只需要一条600米长的半铺设跑道就能起飞和着陆。
麦道的YC-15则与YC-14不同，其不是像YC-14那样“往机翼上表面吹”，而是“往机翼的下表面吹”，这就是外吹气襟翼技术。YC-15采用四台普惠JTSD-17涡轮风扇发动机，单台推力71千牛，发动机安装在机翼前下方，其短舱几乎完全伸出在机翼的前面，尾喷口紧靠机翼前缘的下侧。其基本原理是发动机喷流沿着机翼前缘下表面吹向双缝襟翼，再由双缝襟翼的引流作用将喷流引向一个较大的下偏角度，从而达到提高升力系数来缩短起降距离的效果，所以也有人将其称为“下表面吹气增升技术”。YC-15在装载150名士兵或36.7吨的货物时，能在572米长度之内的跑道上起降。
当然，无论上表面吹气增升技术也好，外吹襟翼增升技术也好，所取得的增升效果虽然非常明显，但也不是完美无缺。动力增升技术其实就是让发动机的喷流（螺旋桨发动机则是滑流）流过机翼，利用后缘襟翼的引流偏转使高速气流向下偏折，从而增大升力。这种增升方法实质上是发动机的推力转向，增升能力虽然远高于气动力增升方式，但因此也会损失一定的推力。所以采用这种技术的运输机推重比要远远高于普通运输机才行，对发动机提出了更高的要求。像YC-14和YC-15的推重比就达到0.4～0.6，比当时普通的军用运输机高出0.5～1倍。
此外，采用动力增升技术的飞机，其襟翼结构与常规多缝襟翼结构有很大区别。由于翼面和襟翼要承受高温、高压发动机喷流冲刷，所以对材料也提出了很高的要求。另外，由于多缝襟翼偏转后距地面较近，无论飞机在机场或砂石路面起降，都会将雨水或地面积水等卷到襟翼上，对结构产生严重的化学腐蚀。由于要求能在未铺设的野战机场起降，襟翼结构还必须承受起降时气流卷起的砂石撞击。另外，动力增升技术在襟翼和机翼结构上处理不当，还会产生比较严重的颤振，对结构强度的要求很高。所以，对于襟翼无论是结构还是材料以及加工工艺等方面，都有比较高的要求。
相对而言，YC-15的外吹襟翼技术（下表面吹气技术）只是在襟翼放下时才会受到发动机喷流的冲刷，而YC-14所采用的上表面吹气技术，不论是在起降阶段，还是在平飞阶段，发动机的喷流始终都从机翼的上面表吹过，发动机喷流冲蚀的问题更严重。另外，如果飞机最大起飞／着陆重量设计得很大，就必然会选用推力更大的发动机，而这又会使发动机喷流对机翼及襟翼的冲刷、烧蚀问题大幅度恶化，所以上表面襟翼增升技术只在YC-14和安-72/74少数中小型运输机上采用。两者比较，外吹襟翼技术比上表面吹气技术更适合用于起飞／着陆重量较大的大型运输机上，麦道公司的方案能夺标C-X，引用自YC-15的外吹襟翼技术起到了至关重要的作用。
C-17的机翼增升装置包括全翼展的前缘缝翼和占翼展2/3的双缝吹气襟翼，襟翼可以放置在任一中间位置以便优化飞行状态。性能出色的增升装置使得C-17在满载条件下着陆时的进场速度可低至213公里／时，下降速率可达274.4米／分，着陆下滑角高达5°。下滑角大，则意味着着陆场长就会缩短，而其他型号的运输机往往都只能达到约3°的下滑角。不过，吹气襟翼技术所固有的冲蚀问题在C-17身上同样存在。麦道公司为了控制成本，早先使用铝合金制造C-17的襟翼，始终解决不了襟翼结构强度与寿命等一系列问题，最后不得不改为钛合金来制造才满足了要求。仅外吹襟翼增升技术这一项，就使麦道付出了很大的代价才得以解决。
发动机和反推力装置
为了缩短起降距离，仅采用外吹襟翼增升技术还远远不够，还必须要求飞机有较大的推重比和性能出众的发动机反推力装置。C-17采用四台普惠FI17-PW-100高涵道比涡扇发动机，该发动机是波音757使用的PW2040发动机的军用型，单台推力为185.5千牛。除了反推力装置，Fll7-PW-100与PW2040基本相同。
前沿野战机场因为条件所限，跑道长度一般都比较短。C-17运输机在满载的情况下能否适应短跑道长度，发动机反推力装置就很重要了。C-17的发动机反推力装置为滑套后缩双罩式，两罩间有一开口，发动机外涵道反推装置悬挂在挂架下，内涵道反推装置则连接在发动机后面的法兰盘上。最初军方明确要求能在未铺设的简易跑道上起降，所以发动机排气经由反推装置的开口导向前上方45°，避免吹起地面上的杂物被发动机吸入的问题，而且不用担心高温气流会对在尾舱门进行装卸作业的设备和人员造成危害。C-17的发动机反推力装置不但可以在地面使用，也可以在空中使用。得益于Fll7-PW-100发动机的强劲推力，反推力装置可以让一架满载的C-17在2°斜坡上后退，并能在27.5米宽道面上完成180°的三点转弯。这种能力使C-17可以在92×122米的停机坪上运动，并轻松停放3架同型机。
C-17的发动机短舱由铝合金、钛合金、碳环氧树脂和碳聚酰亚等复合材料构件构成。采用破损安全技术的发动机安装挂架有一个可互换的工艺接头，它位于机翼前缘前方，其作用就是当拆卸发动机挂架时不会影响挂架与机翼的连接。挂架包皮由耐热的钛合金材料制成。挂架下梁及其两侧壁板构成第一块防火壁。发动机短舱挂架与机翼通过锻造铝合金构件相连，这个连接件与挂架结合的部位是第二块防火壁。通过精巧设计，C-17的发动机具有很强的抗战损能力，为了保证飞行安全，麦道公司还对发动机进行了多次抗鸟撞试验。2003年12月，一架C-17在巴格达国际机场起飞时遭到一枚便携地空导弹的攻击，一台发动机被击中并发生了爆炸。这架C-17最后仍安全降落，可见其抗战损能力之优良。
起落架
为了适合前沿野战机场的恶劣条件，C-17在起落架上也是采取了针对性优化设计。该机起落架为液压收放前三点式，碳-碳刹车，由Menasco公司制造。其按照下降垂直速度3.81米／秒的标准设计，采用长行程减震器，并能在应急情况下靠重力自由放下。
前起落架为双轮结构，向前收起，向前倾斜的减震器行程达500毫米。为了便于在狭窄的跑道上机动，前起落架装有转向机构，最大转弯角度±65°。主起落架布置于机身腹部两侧，比较特殊的是每个主起落架有两根减震器作为主要承力部件，每根支柱上有3个机轮。主起落架在收起过程中，当每个支柱上的内侧机轮移到一定位置时，前后支柱彼此相向转动90°，然后利用四连杆机构将起落架支柱向上、向内收起，将整个起落架收入机身侧部的主起落架舱内。
C-17主起落架这种较为特殊的收放机构，与传统的机轮收入机腹下部主起落架舱的形式（如伊尔-76）不同，其优势是可以使起落架舱的最低点与机身的低点相对距离更小，配合底部扁平的圆形机身截面，从而使货舱地板距地面高度大大降低。与俄罗斯现今主力运输机相比，伊尔-76货舱地板距地高2米，而C-17货舱地板距地高度仅为1.63米，这是目前所有大型运输机中货舱地板距地面高度最低的。其带来的好处是更利于大尺寸货物的装卸，特别是如集装箱、大型机械设备等“非自行能力”的大件货物。另外，在装卸数量多的小件散货时，因为货舱地板高度低，可以将飞机尾门货桥放平后与卡车车斗相衔接，大大提高装卸作业的速度。
通过外吹襟翼增升、强劲的发动机及反推力装置、多轮多支架式起落架等技术的应用，C-17将重型武器装备与物资直接运送至前沿野战机场的“一站式运输”概念，完美展现在世人面前。C-17以最大重量起飞时，起飞场长为2360米，着陆场长914米，并可在最大载荷时于无铺筑道面的简易机场上降落。载荷65吨时，可在30×800米的跑道上着陆，并能装载33吨的载荷从该机场起飞返航。当着陆重量为159吨时，不使用反推力装置，着陆滑跑距离也不会超过610米。
与美军另一种现役战略运输机C-5相比较而言，虽然有人认为该机也能在跑道比较短的前沿野战机场降落，但这只是表面现象。C-5的起飞场长为2987米（起飞滑跑距离2530米），但这仅止于“能降下去”。除非是零载重并且机内只装极少量的燃油，起飞后立即进行空中加油，否则不可能从这么短的跑道上起飞返航。如果C-5也像C-17那样装载33吨载荷和返航的燃油，则更不可能从这么短的野战机场跑道上飞起来。
按照美军的规划，C-17执行最典型的战区后勤支援任务时，通常是在后方条件较好的出发机场装载56吨载荷起飞，起飞场长2012米，将装备物资送达3519公里之外的前沿野战机场，并在915×27米的跑道上降落。卸完货物后零载重起飞返航，此时起飞场长仅为671米，整个过程不需空中加油。这种集战略空运与战术起降性能于一身的“一站式运输”能力，目前还没有其他任何一种大型运输机能够具备。
