苏-24研制于核弹决胜论如日中天的时代，该机的任务是穿透敌防空系统扔下核弹或发射核导弹，这种任务并不需要精确导航和瞄准。

当北约改用“灵活反应”政策（在面临华沙条约国家的入侵时不立即使用核武器）后，苏联也改变了他们的策略。他们认识到在持续时间较长的冲突中只能使用常规武器，于是在1975年决定把苏-24升级到M型标准，使该机能挂载多种“智能”武器，并增加精确的导航和瞄准系统以及自卫系统。

苏-24M是一中双座双发可变后掠翼战斗轰炸机，机身截面为方形，最大速度赫1.35马赫。

每侧机翼由固定翼套和活动外翼段组成。

外翼段前缘有三段前缘缝翼，最大下偏27度，后缘则分布了两端双缝襟翼，最大下偏34度。

低速滚转控制和降落时的升力卸载由襟翼前方的扰流板提供，最大上偏43度。外翼段没有副翼，由SPK-2-3液压致动器控制后掠角度。差动平尾可上下偏+11/-25度，方向舵可左右偏转+/-24度。苏-24的飞行控制系统是机械液压式的。该机的起落架为双轮结构，前轮可转向。

苏-24M安装两台留里卡-土星AL-21F3发动机，或有稍微区别的AL-21F3A/AL-21F3AT发动机。这种涡喷发动机设计局代号“产品89”，单台额定干推力75kN（7650千克），加力推力109.8kN（11200千克）。

苏-24M的固定几何外形进气口带有附面层隔板。

苏-24M内油容量11860升，此外机腹还可挂载一个2000升PTB-2000副油箱，或翼套下方挂两个3000升的PTB-3000副油箱，使最大载油量增加到17860升。

苏-24M风挡前方有一个可收放空中加油探头。

当机腹挂载UPAZ-1A加油吊舱时，苏-24M也可执行伙伴加油任务。

苏-24M采用并列双座布局，飞行员和导航/武器系统军官都配备了红星K-36DM零零弹射座椅，两人都能操纵飞机。

在冷战中，苏-24M执行打击任务时的主要武器是RN-40和RN-41战术核弹。在常规武器方面，则装备了多种制导导弹以及激光和电视制导炸弹。在非制导武器方面，除自由落体炸弹外，还有集束炸弹、燃烧弹、火箭、SPPU-6和UPK-23-250机炮吊舱。

苏-24M的右侧机身下方还内置一门6管23毫米GSH-6-23M（AO-19）机炮，备弹500发。