从验证机到原型机
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变化一：座舱盖加装加强框
3年前，歼20首架机横空出世时，其一体化座舱盖曾引发大家的广泛关注和赞誉，认为其不仅视野通透，而且对雷达波的散射和透波性优于三代机的气泡型座舱，更重要的是制造出实用化的一体式座舱盖，代表着中国在该领域的加工能力已经跻身世界一流水准。
而此次2011号机的座舱盖，明显能看出其内部增加了一个加强框。为什么要增加这么一条加强框呢？原因是飞行员弹射方式从抛盖弹射变成穿盖弹射。与抛盖弹射需要先将座舱盖炸开抛掉，然后飞行员再弹射出去不同，穿盖弹射以座椅顶端尖锥直接穿透座舱盖，让飞行员逃生，少了一个步骤，就多了一份安全逃生机会，尤其是低空复杂姿态下的弹射。
一体化座舱盖由于要保证飞机做超音速飞行和超机动时的强度，所以做得很厚，重量也很大，舱盖的开关机构也比较复杂，美国的F-22就发生过座舱盖因开关机构故障打不开，将飞行员关在驾驶舱出不来，最后不得不使用电锯将座舱盖锯开的事故。因此，要穿盖弹射，舱盖就不能做得太厚。既要减小厚度，又要保证强度，那增加一个加强框就是最简单的办法。这样一来，不仅实现了穿盖弹射，舱盖减小厚度后还能降低一定的重量，而且能看出2011号机的座舱盖表面镀有金黄色的导电膜，目的是利用镀层的导电特性，阻止雷达波穿透座舱盖，这样一来，这个增加的加强框也不会影响到歼-20的整体隐身性能，从而实现穿盖弹射、隐身、减重三不误。
变化二：增加EOTS装置
在2011号机机头的“下巴”部位，相对于2001和2002号机，增加了一个多面状的黄色物体，这个装置与美国F-35战斗机下颌部安装的EOTS（光电目标指示系统）极为相似，据此推测该机安装的就是国产的光电目标指示系统。
EOTS的外部是由多块表面镀金属膜的蓝宝石晶片组成的一个多面体状多光谱窗口，窗口内部是安装在三轴惯性稳定平台上的光电传感器，拥有前视红外搜索与跟踪功能，主要用于发现、跟踪和指示目标，能够强化飞行员的远距离态势感知能力，提供远距、窄视场的探测能力，能自动对视距内的目标标定并持续跟踪，让格斗中的飞行员不必担心肉眼看丢了目标，同时还能为红外武器提供全向目标指示。
此外，EOTS除了可以用来探测空中目标，还能“抓住”地面目标。可以将地面目标的红外成像放大数倍，以便飞行员识别，同时还能引导激光制导武器，对地面目标进行精确打击。歼-20装备了EOTS，说明它不仅能争夺制空权，还将是对地打击的个中好手。
不过，像EOTS这种安装在机头下部的多光谱窗口在设计上要求很高，首先机械强度要高，要能承受高速运动时的速压荷载，而且窗口还要薄、轻，尽可能减少机载的重量；其次热稳定性要好，要能经受气动加热和高度变化引起的温度冲击，透过率和折射率不能随着温度的变化而发生显著变化。此外，窗口还必须具备除冰能力、抗电磁干扰和电磁兼容性能。所以，窗口的加工难度极高。据称歼-20的EOTS是使用自主研制的磁流变和离子束两种超精抛光装备，在亚纳米精度加工技术的帮助下制造出来的。
而歼-20配备TOTS系统也同时说明该机航空电子系统的综合能力已经达到顶尖水平，毕竟这种光电系统所需的图像级数据的传递、计算机、融合对于航空电子系统的要求极高，这已经不是简单的联合式航空系统，或者低层综合能够处理的。可能需要以光纤为传递介质、交换为手段的数据传递与处理能力才能应付。
变化三：机身修形
2011号歼-20战斗机的第三点变化是相对于前两架机，机身前后多处进行了修形处理，使之气动特性更为合理。
一个是垂尾面积有所加大，同时进行了切尖处理。垂尾面积加大，它的效能也随之加大，切尖处理主要是为了降低阻力、防止颤振，但是2011号机是全动垂尾，垂尾面积加大，虽然效率增加了，但也增加了对操纵系统的要求。同时，垂尾下部的腹鳍也向后延伸，几乎将发动机尾喷管完全遮挡。腹鳍的作用主要是增加飞机的航向稳定性，现在增大面积，向后延伸后，还可以起到遮挡飞机发动机的作用，显然能增强后机身的雷达与红外隐身性能。从总体来看，2011号机全面加强垂尾和腹鳍的能力，应该是让飞机在最大设计马赫数和低速大迎角的时候，有足够的方向安定性，以提高飞机的机动能力和操纵能力。
机身外部另一个比较明显的改进是进气道，2011号机的进气口前缘有一个明显的下倾，上下唇口不再平行，增大了上唇口内切角，有利于附面层的溢出排除，增强进气效率。这个设计和T-50可动边条设计差不多，有资料说T-50在低速大迎角的时候，进气道上部的边条可以下偏来改善涡流的状态，从而提高飞机在低速大迎角时的稳定性，从这里来看，2011号机的设计可能有异曲同工之处。
此外，还有主翼的作动简缩小、起落架舱门形状的变化和机身隐身涂层等改动，不过这些改进对飞机的气动和控制影响不大，属于工艺优化方面的改动。总的来说，2011号机在机身修形方面的改进，可以看出其在进一步强化飞机在高速和低速两个方面的性能，包括稳定性、操纵性能，同时增强飞机在大迎角时候的性能。
此次歼-20新机的编号从2001、2002一下子跳到2011，是因为“201X”将是原型机的批次，2011就是原型机01架机。而之前的2001和2002，则属于验证机批次，其中2001号机主要承担首飞任务、飞机总体气动结构验证和隐身涂料测试等任务，2002号机主要承担航电系统验证试飞、飞机液压系统和弹舱气动结构验证，最后还将包括投弹试验飞行等任务。
验证机基本是验证和试验歼-20战斗机的全部分系统，机内有些系统并不安装，比如2001号机就没有安装雷达，2002号机则安装有机载雷达。而到从2011号机开始的原型机阶段，为提高试飞效率，将不会再用模拟配重代替飞机内的航电系统、电传飞控、电子战等分系统，所有分系统将全部安装到位，进行全状态试验飞行，这是原型机和验证机最大的不同。也就是说，2011号机是一架完整的战斗机。同时也可以说，在气动外形和总体结构上，歼-20基本就是这样了，未来只要不发现比较重大的问题，基本上就不会再有大的改动。