В условиях огневого и информационного противодействия самолет независимо от времени суток и метеоусловий способен эффективно поражать в любом географическом районе наземные, морские и воздушные цели с применением всей номенклатуры авиационных боеприпасов, в том числе высокоточных. По боевым возможностям он относится к поколению самолетов 4+. Наличие на нем системы активной безопасности наряду с новейшими компьютерами позволило создать дополнительные возможности лётчику и штурману вести прицельное бомбометание, маневрировать под огнём противника. Отличная аэродинамика, большая емкость внутренних топливных баков, высокоэкономичные двухконтурные турбореактивные двигатели, система дозаправки в воздухе, а также подвеска дополнительных топливных баков, наряду с комфортной кабиной экипажа, обеспечивают беспосадочный полет самолета продолжительностью до 10 часов без потери работоспособности экипажа. Цифровое радиоэлектронное бортовое оборудование самолета построено по принципу открытой архитектуры, что позволяет достаточно просто проводить замену его комплексов и систем на вновь разработанные.
Самолет отличают высокие летно-технические и маневренные характеристики, прицельные системы большого радиуса действия, современная бортовая система связи и информационного обмена с наземными пунктами управления, сухопутными войсками и надводными кораблями, а также между самолетами. На Су-34 используется высокоэффективное управляемое вооружение класса «воздух-поверхность» и «воздух-воздух» большой дальности с обеспечением многоканального применения. Он оборудован высокоинтеллектуальной системой радиолокационного противодействия и обороны. Су-34 обладает развитой системой боевой живучести, в том числе, на нем установлена бронированная кабина экипажа. В настоящее время идет плановое наращивание боевого потенциала самолетов за счет включения в состав вооружения новых АСП.