Наиболее существенные отличия в этих машинах коснулись рулевой системы и системы боевой комплектации. В состав вооружения новой машины были включено качественно новое вооружение, которое может поражать объекты как на земле, так и над морем. Также новый самолет оснащен радиолокационной системой последнего поколения, которая позволяет отслеживать объекты.

Кроме того, пилоты имеют нашлемную систему, которая позволяет указывать цели. Данный самолет является достаточно новой и прогрессивной машиной, тем более что она может выполнять очень сложные летные маневры, которые не под силу ни одному иностранному аналогу.

Реализованный компанией "Сухой" вариант модернизации Су-27СМ превращает эту машину в многофункциональный самолет и включает установку аппаратуры предупреждения о радиолокационном облучении Л-150, доработку системы управления вооружением СУВ-27Э для обеспечения возможности применения ракет "воздух - воздух" РВВ-АЭ (Р-77), ракет "воздух - поверхность" Х-29Т (ТЕ), Х-29Л, Х-31П, Х-31А и корректируемых авиабомб КАБ-500КР, КАБ-1500КР. БРЭО модернизировано для повышения выживаемости машины в условиях интенсивного радиоэлектронного противодействия со стороны противника, информационно-управляющее поле кабины доработано за счет монтажа многофункциональных жидкокристаллических индикаторов, установлена система дозаправки топливом в полете, усовершенствовано катапультируемое кресло и нашлемная система целеуказания.

Первоначально данная машина разрабатывалась под рабочим названием Су-27 с начала 60-х годов прошлого века. Данный истребитель относился к четвертому поколению самолетов такого типа. Полномасштабная разработка аппарата началась только с 1969 года. Но активная поддержка данного проекта началась только с 1972 года, когда министерство СССР распорядилось об активной разработке нового фронтового истребителя, который должен не уступать иностранным самолетам этого же типа. При проектировании данную машину во всех документах называли моделью Т-10, а название Су-27СМ было засекречено и предоставлено аппарату по его готовности.

Первые наброски внешнего облика самолета были сделаны еще в 69-ом главным конструктором проектного отдела бюро Сухого В.И. Антоновым. В этом же отделе был готов первый вариант изделия Т-10.

Особенностью самолета модели Су-27СМ стало то, что корпус машины выполнен в единой несущей схеме, что позволяет повысить летные характеристики и избегнуть деформаций аппарата при полете. Переходы от корпуса до крыла плавные, что повышает обтекаемость машины. Данный многорежимный аппарат оснащен интегральной системой, которую раньше не применяли на самолетах ОКБ Сухого.

Передняя часть машины имела надстроенную часть, в которой был размещен отсек под РЛС, отдел для шасси и кабина экипажа. Также тут было размещено бортовое оборудование. К закабинному отсеку самолета были прикреплены два турбореактивных двигателя, которые оснащены управляемыми воздухозаборниками. К гондолам аппарата крепится оперение фюзеляжа и специальные подфюзеляжные гребни. Повышение аэродинамических свойств самолета было получено за счет интегральной системы корпуса. Кроме того, она позволила увеличить пространство для топливных баков и дополнительного оборудования. Новшеством была и конструкция крыла. Оно было выполнено в оживальной схеме и оснащено усиленным корневым наплывом.

В самолете Су-27СМ впервые была реализована новая концепция продольной неустойчивости на дозвуковых режимах полета. Данная система обеспечивает балансировку за счет автоматики, которая построена по принципу четырехкратного резервирования систем. Что касается системы посадки, то первоначально была использована стандартная трехопорная схема. Но она не давала нужного распределения нагрузки, после чего конструкторы применили упрощенную так называемую велосипедную схему, которая была оснащена системой распределения веса.

Фюзеляж машины состоит из трех основных частей, а именно: носовая с кабиной пилотов, средняя, в которой расположены топливные баки, и хвостовая, в конструкцию которой входят хвостовые балки и центральная балка корпуса машины. Конструкторы широко использовали титан, который значительно уменьшил вес конструкции аппарата и при этом не снизил жесткости и крепости конструкции. При изготовлении данной машины, как ни странно, практически не использовались композиционные материалы. На машине типа Су-27СМ установлено и носовое оперение горизонтального типа.

Самолет Су-27СМ является в нашей стране первой машиной данного типа, который оснащен дистанционной системой управления. За счет новых бортовых систем машина может значительно быстрее обрабатывать информацию и, как следствие, значительно быстрее реагировать и выполнять команды.

Силовая установка машины состоит из двух турбореактивных двигателей типа АЛ, которые оснащены форсажными камерами. Они размещены в гондолах под хвостовым отсеком машины. Данный вид двигателей отличается малым расходом топлива и имеет отличные силовые характеристики на различных режимах работы.

Аппарат типа Су-27СМ оснащен четырьмя топливными баками общей емкостью более чем 11 тысяч литров. Баки расположены в основе фюзеляжа машины и в крыльях. Для полетов самолет использует авиационный керосин, который заправляют через специальную нишу передней ноги.

Для обеспечения всех гидравлических систем машины нужно постоянное давление масла 280 кг/см2. Оба двигателя машины имеют автономные масляные насосы. Кроме двигателей, гидравлика используется в шасси, тормозной системе и системе правления. Для того чтобы произвести аварийный выпуск шасси, самолет модели Су-27СМ имеет дополнительную пневматическую систему, которая работает на сжатом азоте.

Шасси аппарата представлено тремя опорами, которые изготовлены по телескопической схеме. Каждая опора оснащена одним колесом с тормозной системой и амортизаторами газомасляного типа.

Что касается энергоснабжения, то самолет питается током в 200 вольт и частотой в 400 герц. Для производства электроэнергии на двигателях установлены генераторы типа ГП-21. Вторичная система электропитания работает от тока в 27 вольт. В случае поломки генераторов самолет оснащен кадмиевыми батареями, которые расположены в носовой нише для шасси.

Самолет типа Су-27СМ можно считать поистине качественной боевой машиной, которая составляет конкуренцию иностранным аналогам.

Отработка основных направлений модернизации одноместного истребителя была начата на одном из серийных самолетов Су-27 (No.38-02, бортовой No.56), взятом непосредственно из строевой части - истребительного авиаполка ВВС России, базирующегося на одном с заводом-изготовителем аэродроме Дземги. В конце 2002 г. переоборудование было завершено, и 27 декабря 2002 г. летчик-испытатель "ОКБ Сухого" Евгений Фролов поднял его в первый полет. После нескольких полетов в Комсомольске-на-Амуре, а затем в Жуковском, головной Су-27СМ был перебазирован в Ахтубинск для проведения государственных испытаний.

В начале 2003 г. к нему присоединился еще один доработанный самолет (No.40-02), использовавшийся с 1998 г. по программе модернизации экспортных истребителей Су-27СК. и дооборудованный тогда системой дозаправки топливом в полете и усовершенствованным навигационным оборудованием (тогда он получил известность под названием Су-30КИ). Теперь, пройдя очередной этап модернизации и получив бортовой No.305, он рассматривается в качестве эталонного одноместного модернизированного истребителя Су-27СКМ.

Еще до завершения испытаний первых двух опытных самолетов, по заказу ВВС России КнААПО в начале 2003 г. приступило к серийной модернизации строевых истребителей Су-27. В результате, уже 26 декабря 2003 г. первые пять модернизированных самолетов Су-27СМ были переданы ВВС и совершили перелет на аэродром Центра боевого применения и переучивания летного состава ВВС в Липецке. Так впервые в истории российских ВВС в строевую часть поступила группа боевых самолетов, модернизированных до уровня поколения "4+".