在过去数年之中，洛马公司与航空喷气·洛克达因公司的航空工程师一直在洛马公司的“臭鼬工厂”开展SR-72的设计工作。首先，该机需要一个组合的推进系统：传统的现货涡轮喷气发动机可以使飞机从起飞加速至马赫数3，而亚燃/超燃冲压发动机(双模态超燃冲压发动机)将完成剩余的加速。为了解决涡喷发动机工作的极限飞行速度与双模态超燃冲压发动机起动工作的下限速度之间的鸿沟，工程技术人员开发了一种组合发动机，可以工作在三种模态：在由涡喷动力加速至马赫数3之后，双模态超燃冲压发动机以亚燃模态将飞机继续加速至马赫数5，之后再转换至超燃模态。
在高超声速飞行过程中，该机的机体结构将承受极为严重的气动加热，常规的钢材将难以承受。当飞行速度超过马赫数5时，气动摩擦加热将使飞机表面温度升至2000华氏度(1093℃)。在此温度环境，常规钢结构机体将熔化。因此，工程师正在考虑采用复合材料——这与洲际弹道导弹和航天飞机前端使用的高性能碳纤维、陶瓷和金属混合物相似。此外，任何连接部都必须密封：一旦高超声速下出现空气泄漏，涌进的热量将导致飞机解体(例如“哥伦比亚”航天飞机的事故。)
气动力特性也是问题。飞机承受的应力会随着飞机飞行速度的变化而变化。例如，当飞机在亚声速段加速时，飞机升力中心会后移。但是一旦飞机达到高超声速段，在飞机前缘阻力作用下，升力中心再次前移。如果升力中心过于接近重心，将导致危险的不稳定。飞行器外形必须进行剪裁以适应这些变化，防止出现破坏。
当前已知的、具有可重复性的高速飞行条件下武器投放，速度最快的纪录由美国空军YF-12高速截击机(左)保持，1965-1966年，该机累计进行7次超声速发射有动力AIM-47空空导弹(右图为YF-12截击机内埋弹舱中的该导弹)的试验，发射速度马赫数2.2-3.2，其中6次成功(唯一失败的一次是因为导弹自身动力出现问题)。其中最后一次是在飞行速度马赫数3.2、高度22-23千米的条件下完成成功发射，击落了一架飞行高度仅152高的JQB-47E靶机。
有效载荷也是一项挑战。SR-72的具体任务载荷仍处于保密状态，很可能相关载荷尚未完成研制。在马赫数6的飞行条件下进行图像情报侦察或完成投弹需要高超的工程技术。飞机完成转弯需要数百英里，需要强大的制导计算机建立从所在飞行高度到目标的瞄准线，在马赫数6的情况下打开武器舱也是严峻的技术挑战。因此，SR-72将需要能够在此高速下工作的新型传感器和武器。
