N011M能同时引导4-6枚导弹对目标进行攻击（苏-27的N001雷达只能同时引导两枚导弹），并能探测和攻击地面目标。通过在尾椎内安装N012雷达，苏-27M还具有了有限的后视能力，但由于N012雷达工作在分米波段，所以只有警告能力，并无法引导导弹。
苏霍伊设计局在研制苏-27K舰载型时为该机增加了一对小鸭翼，用于降低着舰进近攻角。1985年5月，维克托·普加乔夫驾驶具有鸭翼的T-10-24原型机进行了首飞（该机在1987年1月20日坠毁）。
由于N011和N011M雷达比N001更重，使苏-27M的重心前移，这将降低敏捷性。解决方案有两个，一是重新设计机身，优化重量分布，但代价过大；二是在前机身增加一个小型升力面以抵消重心前移。显然后者更加简单，鸭翼能使压力中心前移改善静不稳定性，结果苏-27M的静不稳定性从苏-27的中立稳定提高到-5~6%。
正在TsAGI T-109风洞中测试的T10M模型，可以看到增加的鸭翼
对T-10-24的试飞显示鸭翼还具有其他好处，鸭翼翼尖产生的两条强力涡流能都吹除机翼上表面襟副翼附近厚厚的附面层，改善高攻角横向稳定性，并降低激烈机动中的升力损失，消除此包线区域的抖振现象，不再扰乱飞行员操纵和武器瞄准。此外鸭翼在低空飞行中遭遇强湍流时还能帮助消除飞行颠簸。
苏-27M的鸭翼还有许多其他好处
因为有这么多的好处，所以苏-27M、苏-27K（苏-33）、苏-27IB（苏-34“后卫”）和苏-30MKI多种“侧卫”改型都装上了鸭翼。苏-30MKI上的全动鸭翼是对称偏转的，角度从+7度到-70度。
苏-30MKI上的全动鸭翼是对称偏转的，角度从+7度到-70度
苏-27M项目获得了苏联政府的高度重视，这点从多达12架的原型机可以看出。这些试飞原型机是T10M-1到T10M-12，从701号一直编到了712号。第一架701号首飞于1988年6月28日，最后一架712号在1994年制造完成。在1992年9月的范保罗航展上，苏-27M703号被称为苏-35出口型战斗机进行了国际首秀。最著名的苏-27M应该是711号，该机在1996年装上推力矢量发动机，然后在当年9月的范保罗航展上进行了令人眼花缭乱的超级机动表演，以全新的“弗罗洛夫轮盘”原地小半径筋斗机动震惊了世界。2002年12月19日，711号由于飞控系统故障而坠毁，飞行员弹射逃生。目前，苏-27M708号正在为T-50 PAK FA战斗机测试飞控系统，710号则在为PAK FA测试发动机。
在航展上演绎“眼镜蛇”和“钩子”机动的苏-35 709号机
“弗罗洛夫轮盘”机动
T10M-10 710现成为了117S发动机测试台
由于20世纪90年代的俄罗斯经济危机，苏-27M最后没有投产。共青城在制造了12架原型机后又在1995年制造了3架生产型飞机——86、87和88号。2003年，这3架生产型苏-27M和703、712号原型机一道交付给了库宾卡的“俄罗斯勇士”特技飞行表演队，涂上了绚丽的表演队涂装，只是“勇士”从未使用该机进行过飞行表演。
现在5架T10M/苏-27M被涂成俄罗斯骑士表演队式样，但从未公开表演过
虽然苏-27M没有投产，但其许多设计特点都被后来的印度苏-30MKI继承。1997年7月1日，维亚切斯拉夫·阿韦里亚诺夫驾驶改装了鸭翼和推力矢量发动机的苏-30MK-1验证机进行首飞，该机并没有安装MKI的航电。1999年6月12日，这架飞机坠毁在巴黎航展上。
苏-30I-1坠毁瞬间
万国航电
苏-30MKI的先进性还体现在航电设备上，其核心是RLSU-30MKI“豹”（Bars）无源相控阵雷达系统。“豹”雷达的设计基于提赫米洛夫仪器制造研究院的N011M，并配备了印度斯坦飞机公司海得拉巴分部研制的RC1和RC2计算机。N011M原型雷达在1991年制造完毕，并在1996年装在苏-27M712号上开始试飞，其相控阵天线能在毫秒级时间单位里把波束从一个目标切换到另一个目标，实现真正的多目标交战。这台无源相控阵雷达的主要缺点是扫描角度较小，在机鼻每侧只有45度，对于高机动性战斗机来说远远不够，所以“豹”的相控阵天线安装在了一个可向左右各偏转25的液压支架上。但由于这个液压支架的动态性比传统机械扫描雷达更差，所以“豹”雷达一般工作在电扫模式下，仅在必要时才使用机械扫描，整个天线阵列重110千克。
在季霍米罗夫公布的N011M数据中，雷达对战斗机大小的目标迎头探测距离为140公里，能同时跟踪不少于15个空中目标
苏-30MKI的其他火控传感器包括俄制OLS-30（35Sh-01）红外搜索和跟踪系统、乌克兰制造的“苏拉-K”头盔瞄准具、以色列埃洛普公司的SU967平显和拉斐尔公司的“利特宁”瞄准和导航吊舱。
OLS-30I光电瞄准系统
“苏拉”飞行员头盔提示系统（HMCS）
苏-30MKI的自卫套件包括印度制造的IFF1410A敌我识别装置、“塔朗”Mk2雷达告警接收机、以色列埃尔塔公司的EL/L-8222干扰吊舱和7个14发50毫米UV-30MKI箔条和热焰弹发射器。
苏-30MKI加强了机身结构，最大载弹量增加到8吨，机身和机翼的12个挂点能够挂载各种空空导弹，如多达8枚的半主动雷达制导R-27R或R-27ER导弹以及两枚红外制导的R-27T或R-27ET，或者多达10枚的主动雷达制导的RVV-AE，或6枚R-73。
全空空挂载的苏-30MKI
该机的空地弹药包括两枚Kh-59M或Kh-59ME（需要搭配APK-9瞄准吊舱），或多达6枚的Kh-31A反舰或Kh-31P反辐射导弹，或多达6枚的Kh-29空地导弹（激光制导版本需要配套一个瞄准吊舱），或最多三枚1.5吨炸弹，或6枚500千克制导炸弹，或最多32枚250千克自由落体炸弹，或S-8、S-13和S-25火箭。和所有“侧卫”一样，苏-30MKI内置一门30毫米GSh-301机炮，备弹150发。
苏-30MKI使用多重弹射挂架挂载通用航弹