На самолет установили новый комплекс БРЭО с новой РЛС большой мощности. Взлетные и посадочные массы этого варианта Су-27, названного Су-27М (обозначение в ОКБ-Т-10М), выросли по сравнению с Т-10С. Это привело к применению усиленных опор шасси, в том числе двухколесной передней, аналогично Су-24. Кроме того, увеличение массы самолета, номенклатуры вооружения и объема оборудования потребовали усилить крыло, оснастить его дополнительными точками подвески и установить ПГО. Для размещения нового БРЭО, усиленной передней опоры, ПГО и системы дозаправки топливом в полете разработали новую головную часть фюзеляжа с увеличенным радиопрозрачным обтекателем антенны РЛС и боковыми люками доступа к аппаратуре (аналогично Т-10-1). Новая "голова" самолета, для сохранения устойчивости и управляемости в путевом канале, повлекла увеличение вертикального оперения и площади рулей направления. Для монтажа части нового оборудования увеличили длину и диаметр хвостового обтекателя, а контейнер тормозного парашюта перенесли на верхнюю поверхность хвостовой части фюзеляжа перед топливным баком.
Су-35 представляет собой одноместный истребитель, имеет интегральную аэродинамическую компоновку и выполнен по схеме "Триплан" с поворотным ПГО, установленным на наплыве крыла и значительно расширяющим маневренные возможности самолета благодаря уменьшению его балансировочного сопротивления. Это единственный в мире серийный статически неустойчивый истребитель такой схемы. Конструкция выполнена с использованием алюминиево-литиевых сплавов, широко применены конструкционные материалы. Самолет оснащен новой системой управления вооружением, включающей ЭВМ управления оружием для атак наземных целей, многофункциональную РЛС и оптоэлектронную систему. Многорежимная помехозащищенная РЛС имеет режим картографирования земной поверхности и атаки наземных целей, позволяет обнаруживать воздушные цели на дальности до 400 км, а наземные на удалении до 200 км, одновременно сопровождать не менее 15 воздушных целей и не менее шести одновременно атаковать ракетами.