(ただし単に「ファントム」といわれることも多い。要求するマッハ2級のミサイリアーを目指して、マクダネル社がF3H-Gをベースに設計したF4H-1に端を発する。ライバルとしてチャンスボート社のF8U-3が存在したが、飛行審査の結果F4H-1が採用された(その後、機体命名法の変更に伴い名称が"F-4"へ変更された)。当時としては高度だったレーダー火器管制装置を操作するため、複座となっている。強力なJ79ターボジェットを2基装備しながら、航空母艦のエレベーターに収まるサイズに設計された。その結果、太くて短い胴体に、下反角の大きなスタビレーターや折り畳み式クリップトデルタ翼を組み合わせた、独特の形状となった。この特異な外観から当初は「醜いアヒルの子」とも揶揄されたが、童話よろしく後々の活躍により傑作戦闘機として評価されるようになった。推力に余裕があるため、その外見に似合わず数々の速度記録や高高度記録を打ち立てた。搭載能力にも余裕が大きく、戦闘爆撃機としても優秀であった。ベトナム戦争では数々の戦果を挙げ、当時米軍でエースパイロットを生み出した唯一の機種として知られる。元々はミサイリアーだったが、ベトナム戦争では機関砲の必要性が叫ばれたため、一部の機体にガンポッドが装着され、後に作られた空軍向けのE型では固定武装としてM61A1を装備した。派生型が非常に多いため、その一覧を以下に示す。F-4A(F4H-1):試作および初期少数生産型。16機目(18号機)以前と17機目(19号機)以降とでレドームと風防(キャノピー)の形状が異なる。684機が製造された。F-4C:F-4Bの米空軍版。海軍型とは違い、後席にも操縦機構を設けている。EF-4C:F-105Gの後継として暫定的に改修されたワイルドウィーゼル機。兵器搭載能力や運用面でも制約があった為、やがてF-4Gへと交替した。F-4D:米空軍向けにFCSを換装し爆撃コンピューターを搭載するなど対地攻撃能力を強化した機体。一部は韓国やイランへ輸出された。F-4Dをイラン軍が独自に改修した機体、中国製YJ-1/C-801空対艦ミサイルを装備できる。F-4E:機首を延長し、エンジンをJ79-GE-17に換装、新型の前縁スロット付きスタビレーターと前縁フラップを可動式スラットに変更した空軍型。固定武装としてM61A1を装備する。*1F-4EJ:F-4Eの航空自衛隊向け(三菱重工でライセンス生産)。当時の政治的理由により爆撃コンピュータなどの空対地攻撃能力や空中給油受油能力が省かれ、迎撃戦闘機として生産された。*2F-4EJ改:F-4EJの延命改修型。アビオニクスが更新*3され、空対地攻撃能力や空中給油受油能力が復活、ASM-1、ASM-2などの国産兵装が運用可能になった。その他、RWRや航法装置、IFF装置等も更新された他、HUDも追加装備されている。改修されイスラエル軍が使用している。2020:F-4Eの延命改修型。「ターミネーター(Terminator)」の名を持つ。グラスコクピット化・エルタEL/M-2032レーダーへの交換、トルコがライセンス生産しているF-16に準ずるアビオニクスへの変更が行われた。エンジンの換装や燃料タンクの増設など、機体自体の改修箇所も非常に多い。トルコ空軍が使用している。イラン改良型(形式不明):F-4Eをイラン軍が独自に改修した機体。PI2000:F-4Eをギリシャ空軍が独自に改修したギリシャ版F-4ICEと言える機体、AIM-120やAGM-130?、レーザー誘導爆弾の運用の運用能力の追加等、大規模な改修が行われている。F-4R(S):RF-4Xと同等の装備を持つ偵察機。イスラエル空軍向けに3機が改修された。F-4F:F-4Eのルフトバッフェ版。アビオニクスを簡略化し、単座でも運用可能。AIM-7の運用能力が割愛されている。ICE:F-4Fの延命改修型。アビオニクスを更新し、AIM-120を装備可能。ワイルドウィーゼル機。実験用に改修された機体。パルスドップラーレーダーを備え、F-4Bでは装備されていたIRSTが撤去された。F-4C用のメインギア回りと主翼、F-4Gで開発された機材に加え、エンジンを従来のJ79-GE-8から出力を強化したJ79-GE-10に変更された。アメリカ海軍のベトナム戦争中唯一のエースカニンガム/ドリスコル?組が使用。F-4K:英海軍向け。エンジンはRB-168-25Rスペイ・Mk.202ターボファン。*4また、レーダーをAN/AWG-11に変更し、機首のレドームを英空母のエレベーターのサイズに合わせる為に折り畳み式にしている。英名「ファントムFG.1」F-4M:F-4Kの英空軍版。エンジンはロールス・ロイスRB-168-25RスペイMk.202(後にMk.204)に、レーダーをAN/AWG-12に変更されている。F-4Kと比べて対地攻撃能力が強化されているほか、偵察ポッドの運用能力も追加され、SUU-23/Aガンポッド用の配線も当初から用意されている。他にも、電源車など地上設備が無くとも、内蔵バッテリーでエンジンスタートできるなど、他のF-4にはないユニークな特徴もあった。F-4J相当にアップグレードした。F-4S:F-4Jの延命改修型。前縁フラップをスラットに変更したが、離着陸時の安定性が従来の機体より悪化した。QF-4B:余剰のF-4Bを改造した標的機。QF-4E:余剰のF-4Eを改造した標的機。QF-4G:余剰のF-4Gを改造した標的機。QF-4N:余剰のF-4Nを改造した標的機。QF-4S:余剰のF-4Sを改造した標的機。RF-4B:米海軍・海兵隊向け偵察機。カメラに加えSLARなどのセンサーを持つ。RF-4C:RF-4Bの米空軍版。ベトナム戦争後の改修により、自衛用のAIM-9の搭載が可能となった。SARA:RF-4Cの延命改修型。アビオニクスを更新しAIM-9を装備可能、現在スペイン空軍が使用している。RF-4E:RF-4CのエンジンやアビオニクスをF-4E相当にし、C型にあった核爆弾運用能力を取り除いたもの。米空軍では採用されず、生産機のすべてが輸出にまわされた。クルナス2000:RF-4Eの延命改修型、現在イスラエル軍が使用している。限定改修型*5と量産改修型*6に分けられる。RF-4X:CIA用高々度偵察型。HIAC-1という高性能なカメラを搭載し、高々度からの偵察に最適化されている。セントラルコンピューターのデジタル化やレーダーが従来のAPQ-120からAPG-66Jに変更された。