Prototype d'un chasseur à long rayon d'action. Deux moteurs Allison V12. Armement composé de deux mitrailleuses calibre .50, deux de calibre .30 et un canon de calibre 23 mm (jamais installé). L'appareil bat de nombreux records mais est détruit le 11 février 1939 lors d'un atterrissage d'urgence.
Appareils semblables au prototype, à l'exception des hélices et du canon (37 mm au lieu du 23 mm).
Première production de série. Appareils utilisés pour les tests et l'entraînement. Blindage très limité. Quatre mitrailleuses de calibre .50 et un canon de 37 mm.
Prototype destiné à tester le cockpit pressurisé
Presque identique au P-38-LO, mais avec un équipement militaire plus développé, réservoirs auto-obturables, blindage plus épais. Ajout des phares et d'un système d'oxygène basse-pression.
Semblable au P-38D. Système hydraulique revu et corrigé. Canon de 37 mm remplacé par un canon de 20 mm. La plupart des 210 exemplaires sont équipés d'une radio SCR274N. Quelques exemplaires sont convertis en F-4-I-LO
Alourdi mais doté de moteurs plus puissants, le P-38 F est la première version du P-38 Lightning à être considérée comme apte au combat. Il reçoit également des attaches pour installer des bombes de 2000 lbs ou des réservoirs largables, et ses volets sont modifiés. Le P-38 F connaît son baptême du feu en août 1942 dans les Aléoutiennes, mais ses premières utilisations massives datent du Débarquement allié en Afrique du Nord en novembre 1942 et de la Nouvelle Guinée durant l'automne.
Semblable au modèle F, mais avec une nouvelle motorisation (V-1720-51/55).
Motorisation par deux V-1710-51/55 à refroidissement liquide. Renforcement de la structure pour emporter une charge de 3 200 lbs.
Changements physiques importants sur cette version, avec notamment de gros radiateurs pour un meilleur refroidissement. Capacité des réservoirs plus importante. Verrière plus résistante aux balles et avec une meilleure visibilité. Nouveaux volets de descente et ailerons assistés.
Identique au P-38J mais avec une modification au niveau des hélices et un moteur V-1710-75/77.
Semblable au P-38J mais moteur V-1710-111/113. Phares d'atterrissage dans les ailes. Emplacements pour dix roquettes de 5 pouces sous les ailes.
Conversion du P-38L en un chasseur nocturne biplace, avec radar monté dans une nacelle sous le nez. Peinture noire de rigueur.
Le P-38 Lightning et ses dérivés photo ont été utilisés sur tous les théâtres d'opération de la Seconde Guerre mondiale par l'USAAF. Grâce à son important rayon d'action, il se distingue notamment dans le Pacifique. C'est avec cet avion que le lieutenant Lanphier abattit le Mitsubishi Ki-21 qui transportait l'amiral Isoroku Yamamoto au-dessus de Guadalcanal
En Europe, sur l'ETO, les P-38 servent au sein de la 8th USAAF et de la 9th USAAF. Plus au sud, ils servent au sein de la 15th USAAF qui opère sur le MTO. C'est l'arrivée de ce chasseur sur le théâtre d'opération européen qui permit le bombardement de villes allemandes éloignées. En effet, sa distance de franchissement surclassait nettement les Spitfire ou Mustang; ils étaient les seuls capables d'escorter les bombardiers au-dessus de l'Allemagne ou de l'Autriche où il était surnommé Gabelschwanz Teufel, signifiant « Diable à queue fourchue ».
Parmi les nombreux pilotes de P-38 ou dérivés, on retrouve le pilote-écrivain français Antoine de Saint-Exupéry, qui disparut en Méditerranée près de l'île de Riou (Marseille, Provence) avec son F-5B-1-LO le 31 juillet 1944. Il y eut aussi les deux pilotes américains de la Deuxième Guerre mondiale ayant abattu le plus d'avions ennemis : Richard I. Bong et Thomas McGuire.