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Su-34採並列雙座、雙發動機設計，寬廣扁平的鴨嘴型機鼻外型奇特，因而獲得「鴨嘴獸」的外號。Su-34更採用了許多先進的裝備，如鈦合金裝甲座艙、新型射控電腦、液晶顯示器、新型數據鏈、尾部尾椎管裝有後視雷達等。為了方便飛行員在執行遠程轟炸時保持體力，不僅專門設計了分別可供一人站立及平躺休息的空間，在駕駛艙後方更設有配備了冰箱與微波爐可供加熱食物使用。
Su-34使用2具AL-31F發動機，由於重量增加，所以最大平飛速度1.8馬赫；外掛點多達12個，最多可搭載8000公斤的武器，包括空對地飛彈、電視導引炸彈、超音速反艦飛彈、反輻射飛彈、傳統炸彈等。Su-34也可搭載空對空飛彈，空優戰力不輸真正的戰機，軍事專家認為是俄羅斯性能最優異的戰鬥轟炸機。
Su-34最大航程4000公里，採用的雙輪起架落設計，使其具備了在前線野戰機場降落的能力，加強了其作戰靈活性。俄羅斯軍方打算用Su-34取代部分Su-24與Su-25攻擊機。自2015年10月起，俄羅斯派出Su-34赴敘利亞，轟炸伊斯蘭國位於敘利亞的據點。俄軍成功炸毀伊斯蘭國油庫、運油卡車及軍事設施，試圖截斷伊斯蘭國的經濟收入來源。在俄烏戰爭中，由於Su-34經常執行中低空攻擊任務，而遭到烏克蘭的防空飛彈擊落。
