装两台P-29-300双转子加力涡喷发动机，11级压气机，2级涡轮，最大不加力推力81.34千牛(8300公斤)，最大加力推力122.5千牛(12500公斤)。全加力耗油率0.204千克/牛顿·小时(2公斤/公斤·小时)，额定状态耗油率0.085千克/牛顿·小时(0.83公斤/公斤·小时)。内部油箱装在发动机之前，内部燃油量约9000千克。带可伸缩的锥套软管系统，除可正常空中加油外，还可用作伙伴加油机。机身及翼套下挂架可带4个1250升副油箱。
并列双座，两名飞行员均获得良好的前方视界。座舱宽1.65米，装K-36弹射座椅。舱盖从中间一分为二，均向后开启。弹射前先抛盖。机头有大型雷达，前机身下方有激光测距/目标标识器。发动机进气道两侧及垂尾上有雷达告警接收机，中机身上方有导弹告警接收机。中机身及垂尾前缘下部还有热交换器的冲压进气口。该机还装有反辐射主动压制设备。前机身下右侧装一门23毫米GSH-6-23M 6管机炮，使用爆破、穿甲弹丸。另一侧装摄像设备。共有9个武器挂点：机身下5个，内翼翼套下2个，外翼下2个，采用复式挂架。总载弹量8000千克，可挂各种普通炸弹(从100～1000千克级)、凝固汽油弹、穿甲弹、高爆炸弹和子母弹等，也可带核武器。可携带的空-地导弹有AS-7、AS-9、AS-10、AS-11、AS-12、AS-13、AS-14、AS-17，还可带AA-8空-空导弹和23毫米机炮炮舱。
苏-24整个的导航观瞄系统被称为PNS-24，PNS-24可实现一下功能：地形跟踪、武器制导、目标搜索锁定和指示、水平或上升式投弹、雷达告警和反雷达导弹压制、自动或半自动降落自动驾驶。M型则装备了改进的PNS-M型导航观瞄系统，主要改进增加了一台激光、电视目标指示系统，用于控制制导导弹。
1974初北约确认了这种类似于F-111的战斗轰炸机，并认为其编号为苏-19。实际上苏-19是苏霍伊设计局的另一个项目，后被取消。苏-24进入现役则是几年后的事。在制造期间里苏-24的设计不断变化。甚至第一批次的飞机都和基型有细微变化。第一批次的苏-24阻力伞舱加大，减速伞舱居中，后机身两发动机之间的蒙皮内陷，并改进了电子设备。
