Nhìn chung, Su-34 được thiết kế theo yêu cầu của một máy bay ném bom tiền tuyến. Nó có tải trọng vũ khí lớn, buồng lái được bọc giáp vững chắc, có thể tiến hành tiếp dầu trên không và có tầm bay rất xa.

Su-34 có 12 giá treo vũ khí mang được tới 8.000 - 12.000 kg (17.635 pounds) vũ khí, người ta còn có dự định trang bị cho Su-34 cả những loại vũ khí chính xác cao mới nhất của Nga. Nó được giữ lại pháo 30 mm GSh-30-1 từ Su-27/Su-30.

Máy bay Su-34 được thiết kế theo sơ đồ khí động tích hợp với cánh liên kết mềm mại với thân; ngoài cánh chính hình mũi tên và đuôi ngang, còn có đuôi ngang toàn động phía mũi, cho phép tăng sức cơ động của máy bay. Đuôi ngang ở mũi xoay đồng bộ cho phép máy bay thay đổi độ cao, còn xoay lệch nhau để điều khiển góc nghiêng. Đuôi đứng của Т-10V là kiểu hai sống, với các công-xon lái hướng. Khác với Su-24, phi công có thể vào buồng lái máy bay ném bom mới qua hốc càng trước, giúp phi công vào buồng lái nhanh hơn khi có tình huống khẩn cấp.

Su-34 có những tiện nghi tạo sự thoải mái cho các phi công khi thực hiện các nhiệm vụ bay dài để tạo thêm hiệu quả. Những phi công có thể sử dụng một máy tính đời mới (hệ thống điều khiển vũ khí) và các thiết bị điện tử-sóng vô tuyến tương tự khác có trong trang bị. Những thiết bị này đảm bảo sự chính xác cao khi ném bom với sai số là vài mét, với mọi thời tiết. Với 8 tấn vũ khí, gồm tên lửa siêu âm, hạ âm và bom, Su-34 có thể phá hủy những mục tiêu được bảo vệ và được ngụy trang kỹ càng trong một phạm vi là 250 km. Su-34 để được trang bị thành những phi đội sắp tới, nó còn cần một hệ thống an toàn tích cực với yếu tố là trí thông minh nhân tạo. Hệ thống này cho phép máy bay thực hiện bất kỳ động tác nhào lộn giúp Su-34 linh hoạt hơn khi tham chiến, nó còn cho phép máy bay bay lướt qua trên các ngọn cây và mặt đất với tốc độ cực đại là 1.400 kph. Su-34 có thể bay kiểu TERCOM (Terrain Contour Matching - bay men theo địa hình thấp), bay vòng lên tránh những chướng ngại vật bất ngờ và bay xuyên qua khu vực phòng không mặt đất của quân địch. Phi công máy bay nhờ những hệ thống đó có thể ném bom chính xác cao, hoạt động bí mật, phá hủy vũ khí, tên lửa và "khiên" phòng thủ của quân địch.

Một nhiệm vụ hoạt động cho Su-34 bắt đầu với sự lên kế hoạch từng giai đoạn của nhiệm vụ được thực hiện trong 2 máy tính chính của máy bay, thiết lập tọa độ và mặt chiếu, nhập dữ liệu cho hệ thống dẫn đường đến mục tiêu từ lúc cất cánh đến khi kết thúc nhiệm vụ và hạ cánh tại căn cứ. Tại điểm-tọa độ mục tiêu hay thời gian tấn công, hệ thống điều khiển tự động lập tức chuyển mạch để phi công điều khiển bằng tay hay liên quan đến các phần các của mục tiêu.

Sự kết nối dữ liệu với máy bay chỉ huy, trung tâm mặt đất và trung tâm chỉ huy sẽ duy trì thông tin đến máy bay và khi đạt đường ngắm giới hạn có thể đạt được thì thông tin sẽ được truyền qua vệ tinh để mở rộng phạm vi truyền thông tin. Những thông tin cập nhật về nhiệm vụ có thể được chuyển đến từ những lãnh đạo cao nhất bất cứ khi nào trong khi đang bay.

Các kiểu vũ khí chiến thuật hoặc chiến lược tầm xa để tiêu diệt mục tiêu được sử dụng trên Su-34 gồm tên lửa đối đất AS-13/18 Kingbolt, tên lửa chống radar AS-14 Kedge, AS-17 Krypton, tên lửa chống tàu Kh-35 Uran và tên lửa chống tàu tầm xa Kh-41 Moskit, tên lửa hành trình tầm siêu xa Raduga Kh-55...

Su-34 bay nhiệm vụ với sơ đồ 3 máy bay nằm ngang bay với nhau. Máy bay có sức chứa nhiên liệu rất lớn, nó có thể bay liền một mạch 4.000 km mà không cần tiếp dầu. Với 3 lần tiếp nhiên liệu trên không, Su-34 có khả năng để bay đến 14.000 km, một khoảng cách kỷ lục. Những kỹ thuật bảng mạch điện tử đảm bảo chuyến bay cung cấp những thông tin đầy đủ nhất về tình hình các thông số bay và không gian xung quanh máy bay, tình hình của hệ thộng bảng mạch và động cơ máy bay, tình trạng của mục tiêu trên mặt đất, mặt biển, trên không và dưới nước, về radar chính, chúng được tạo ra bởi họ quan tâm tới một đặc tính quan trọng của máy bay mới. Su-34 được trang bị các hệ thống điện tử, điều khiển hỏa lực hiện đại với radar W-141 mới, hệ thống tác chiến điện tử tinh vi, tổ hợp quan sát ảnh nhiệt cùng các màn hình hiển thị đa năng, nên có khả năng tiêu diệt hiệu quả các mục tiêu mặt đất.

Một trong những tính năng độc đáo của Su-34 là sự hiện diện của một radar thứ hai để quan sát bán cầu phía sau. Hệ thống này nhằm để cảnh báo kịp thời cho phi hành đoàn về các mối đe dọa và nếu cần thiết để đáp trả từng loạt tên lửa điều khiển mà tiêm kích của kẻ thù có âm mưu tấn công Su-34 ở phía sau lưng. Nhờ radar phía sau, Su-34 có thể dò sóng phát hiện, theo dõi và định hướng cho tên lửa không đối không R-73 hoặc R-77 bắn trả máy bay địch ngay cả khi máy bay địch đang ở phía sau nó.