1984年，为了研究KS-3A专用空中加油机的替代方案，用一架S-3A飞机在左机翼下携带可卸式空中加油设备吊舱作了试验。采用这种技术可以从加油机的标准内部油箱和右翼下的外挂油箱输油而不影响加油机本身执行多种任务的能力。这种技术有可能在实际中被采用。
1981年8月18日，洛克希德公司宣布从美国海军航空系统司令部得到为美国海军目前使的S-3A“北欧海盗”飞机进行机载电子系统改造的全尺寸工程研制合同。最初经费为1450万美元。接着又与美国海军签订了由洛克希德公司加利福尼亚分公司研究制订S-3A武器系统改进计划的规范。
改造后的飞机定名S-3B。改造工作包括增加声音情报处理能力，加强电子支援测量能力，采用更加先进的雷达处理技术，安装新的声纳浮标遥测接收机系统，以及为携带“鱼叉”导弹所需的设备。预计按照上述计划进行改装的S-3A飞机将达到160架。先改装了2架S-3A的全尺寸工程研究机。其中第一架于1984年9月13日开始进行飞行试验，第二架飞机于1985年2月加入该项研究计划，飞行试验于1985年8月完成并于10月重新交付给美国海军。在经过海军航空试验中心3个月的技术鉴定后，这两架S-3B飞机于1986年3月开始6个月的作战适用性评定。
将S-3A型改装为S-3B型的两套样机批改型零件已经订购。1986年4月28日，美国海军和洛克希德公司签订了提供首批22套生产批改型零件、支援设备和一体化后勤保障设备的合同，价值1.7050亿美元。合同规定两架样机的零件于1987年底交付，1988年又订货24架份，按计划于1992年交付。到1993年共改型82架。
ES-3A为S-3A的电子侦察型，1988年3月签定发展合同。1990年试飞，第一架改型于1991年交付，改型后，武器舱改为电子设备舱，右驾驶员位置改为电子协调员。电子战设备采用EP-3E的简化型。
