В ВВС России рассматривают Су-34 как ударный самолет, предназначенный для нанесения ударов авиационными средствами поражения по наземным целям в любых метеорологических условиях днем и ночью. Не исключается использование этого самолета в качестве штурмовика, действующего на малой высоте в плотном огне средств ПВО противника. Примечательной особенностью Су-34 является его способность обороняться от атак истребителей противника, что исключает необходимость обязательного прикрытия его действий собственными истребителями.
В кабине Су-34 оба члена экипажа — пилот и штурман-оператор — располагаются на катапультируемых креслах К-30 рядом. Вход в кабину осуществляется по стремянке через нишу передней стойки шасси. Кабина выполнена таким образом, что и после многочасового перелета экипаж сохрнит работоспособность. Размеры кабины позволяют членам экипажа встать, размяться, она оборудована кондиционером, туалетом и мини-кухней для подогрева упакованного в тубы бортпайка. Другой особенностью кабины является то, что она представляет собой бронированную капсулу из титанового сплава толщиной 17 мм и бронестекла. Новая компоновка кабины повлекла за собой изменение формы носового обтекателя. Теперь он имеет сплющенную форму с развитыми боковыми наплывами и заостренными кромками.
В отличие от Су-27, новый бомбардировщик выполнен по интегральной аэродинамической компоновочной схеме «триплан» с передним горизонтальным оперением. Переднее горизонтальное оперение представляет собой своего рода демпфер, снижающий нагрузки на самолет при полете на предельно малых высотах и способствующий повышению точности поражения целей. Этот вид оперения также повышает маневренные характеристики самолета. На Су-34 основные стойки шасси снабжены двухколесными тандемными тележками, что обусловлено возросшей взлетной массой самолета. Силовая установка состоит из двух двухконтурных турбореактивных двигателей АЛ-35Ф с тягой 14 000 кгс. Запас топлива во внутренних баках обеспечивает дальность полета 4100 км. Для ее увеличения предусмотрена система дозаправки топливом в полете, убирающаяся штанга которой размещена в левом фюзеляжном наплыве. Одним из основных компонентов радиоэлектронного оборудования самолета является система управления вооружением с новой цифровой ЭВМ и многофункциональной РЛС с высокой разрешающей способностью, антенна которой установлена за радио прозрачным носовым обтекателем. Комплекс инерциональной навигации с коррекцией от космической системы навигации совместно с РЛС обеспечивает вывод самолета в заданный район с высокоточностью. Бомбардировщик оснащен системой активной безопасности (ее иногда называют системой искусственного интеллекта). Она позволяет выполнять фигуры высшего пилотажа на максимальной скорости (1400 км/ч) у земли и на предельно малых высотах, безошибочно следовать рельефу местности. Благодаря этой системе бомбардировщик так же малозаметен для средств ПВО противника, как и крылатая ракета. Вооружение Су-34 включает встроенную пушку калибром 30 мм, высокоточные управляемые ракеты класса «воздух—поверхность». В состав ударного вооружения входят также корректируемые авиабомбы различного калибра. Для борьбы со средствами ПВО противника на самолете подвешиваются управляемые ракеты класса «воздух—воздух» и противорадиолокационные ракеты. При полете на высоте самолет способен развивать максимальную скорость до 1900 км/час, весьма значительной является и его скорость полета у земли — 1400 км/час. Практический потолок составляет 14 650 м. Без дозаправки в воздухе самолет может пролететь 4500 км, с дозаправкой дальность полета возрастает до 7000 км.Наряду с Су-24 бомбардировщик Су-34 является основной ударной машиной ВВС РФ в Сирии, поражая группировки боевиков ИГИЛ, их командные центры, узлы коммуникаций, оборонительные сооружения и т. п.