Двухместный многоцелевой истребитель Су-30МК вобрал в себя лучшие черты знаменитого семейства самолетов Сухого: Су-27УБК, Су-30К, Су-35, Су-37. Самолет способен выполнять широкий спектр боевых задач на значительных расстояниях от базы, в любых погодных условиях, днем и ночью, в условиях сильного радиоэлектронного противодействия противника.
Этот многоцелевой самолет предназначен для тактического и оперативного боевого применения, выполняя задачи по уничтожению воздушных объектов (завоевание превосходства в воздухе, противовоздушная оборона, длительное патрулирование и сопровождение), а также наземных и морских целей (подавление ПВО противника, блокирование действий противника и непосредственная поддержка с воздуха).
Дополнительно, Су-30МК может выполнять задачи противодействия системам радиоэлектронной борьбы и вести дальнее обнаружение, а также осуществлять оперативное управление группой летательных аппаратов, выполняющих совместную задачу. Благодаря двойному управлению, самолет может также применяться для практической летной и боевой подготовки.
Самолет Су-30МК по аэродинамической схеме представляет собой неустойчивый в продольном канале триплан. Для увеличения подъемной силы и повышения маневренности на самолете установлено переднее горизонтальное оперение. Оно отклоняется автоматически для обеспечения устойчивого полета на больших углах атаки. Интегральная аэродинамическая схема, совмещенная с управляемым вектором тяги, обеспечивает небывалую маневренность и высокие взлетно-посадочные характеристики. Оснащенный цифровой системой дистанционного управления, Су-30МК способен выполнять ряд уникальных маневров, используемых в качестве противоракетных и для достижения превосходства в ближнем бою. Это уже известные "кобра", "колокол", а также ряд маневров, выполнение которых невозможно на других самолетах. Среди них "кульбит" (маневр, в котором самолет совершает переворот в плоскости тангажа на 360 градусов без потери высоты), и "управляемый плоский штопор" (когда самолет совершает несколько полных разворотов в горизонтальной плоскости с переменой направления вращения не имея поступательного движения, фактически на месте).
Силовая установка состоит из двух турбореактивных двухконтурных форсажных двигателей АЛ-31ФП. Суммарная тяга на форсаже 25000 кгс обеспечивает горизонтальный полет со скоростью 2М, скорость 1350 км/ч на малой высоте и скороподъемность 230 м/с.
Дифференциальное отклонение на углы до ± 15 градусов осесимметричных сопел двигателей, оси поворота которых расположены под углом 32 градуса друг к другу, позволяет управлять вектором тяги по тангажу и рысканию. В зависимости от предстоящего маневра, сопла могут отклоняться синхронно с горизонтальным хвостовым оперением, или раздельно от него.
Существенный запас топлива, наряду с возможностью дозаправки в воздухе, значительно расширяет возможности боевого применения вне зоны ПВО, от длительного патрулирования и сопровождения до дальних перехватов и нанесения ударов по наземным целям. С нормальным запасом топлива 5270 кг Су-30МК способен выполнять боевую задачу продолжительностью 4,5 часа. Система дозаправки в воздухе увеличивает продолжительность полета до 10 часов с дальностью 8000 км на крейсерской высоте от 11 до 13 км.
Двухместная компоновка значительно повышает боевые возможности благодаря рациональному распределению рабочей нагрузки между членами экипажа. В то время как летчик в первой кабине управляет самолетом, вооружением и ведет маневренный ближний бой, второй летчик применяет управляемое оружие класса "воздух-воздух", либо "воздух-поверхность" большого радиуса действия для поражения целей вне зоны прямой видимости, отслеживает тактическую обстановку для обеспечения осведомленности о ситуации, и выполняет задачи по оперативному управлению при групповых действиях.
По сравнению с предшественниками, в состав комплекса бортового радиоэлектронного оборудования самолета Су-30МК включены ряд систем нового поколения, среди которых :
 

• интегрированная радиолокационная прицельная система, способная обнаруживать и сопровождать до 15 воздушных целей при одновременной атаке четырех из них;
• система спутниковой навигации (совместимая с системами ГЛОНАСС/NAVSTAR);
• интегрированная оптико-электронная прицельно-навигационная система с лазерной инерциально-навигационной системой;
• нашлемные целеуказатели, индикаторы на лобовом стекле, многофункциональные цветные жидкокристаллические индикаторы с возможностью микширования изображения.

Мощная универсальная РЛС с фазированной антенной решеткой обеспечивает обнаружение крупноразмерных морских целей на дальности до 400 км с разрешением 20 м, а также малоразмерных целей на дальности до 120 км. В предварительном прицельном режиме на дальней дистанции РЛС захватывает цель автоматически, с передачей координат в навигационную систему. Затем РЛС отключается, и самолет летит на цель в режиме радиолокационного молчания. При достижении дистанции, на которой возможно применение вооружения, задействуются средства прицеливания для обновления целеуказания и передачи данных в систему вооружения. Короткий период подсветки цели радаром обеспечивает скрытый подход самолета к цели, таким образом способствуя успеху выполнения задачи.
На самолет могут устанавливаться контейнеры с инфракрасной и лазерной прицельной аппаратурой для обнаружения и поражения малоразмерных наземных целей.
Су-30МК оборудован средствами противодействия системам радиоэлектронной защиты, предназначенными для подавления средств радиоэлектронной и оптико-электронной защиты противника.
Самолет обладает способностью автоматизированного полета на различных режимах, включая полет на малой высоте в режиме огибания рельефа местности, а также при индивидуальном или групповом боевом применении против воздушных, наземных и морских целей. Система автоматического управления взаимосвязана с навигационной системой, обеспечивает полет по маршруту, подход к цели, возврат на аэродром и заход на посадку в автоматическом режиме.
Оснащенный широким спектром систем вооружения и современным комплексом БРЭО, самолет Су-30 МК способен поражать воздушные цели (включая объекты с низкой ЭПР) в ближнем бою, вести упреждающие бои на дальних дистанциях, а также поражать наземные и морские объекты при помощи управляемого и неуправляемого вооружения в тактической и оперативной глубине обороны противника.
Боевая нагрузка Су-30МК размещается на 12 узлах подвески. В дополнение к встроенной одноствольной пушке ГШ-301 (калибр 30 мм, 150 снарядов) и ракетам "воздух-воздух" и "воздух-поверхность" с радиолокационным, инфракрасным и телевизионным наведением, самолет может нести пятисоткилограммовые свободнопадающие бомбы и корректируемые авиационные бомбы с телевизионным и лазерным наведением КАБ-500 и КАБ-1500 (для поражения судов с водоизмещением до 5000 тонн).
Вооружение самолета также включает в себя противорадиолокационную ракету Х-31П и управляемую ракету дальнего радиуса действия с телекомандным наведением Х-59MЭ (дальность 120 км, точность наведения 2…3 м), которая после запуска передает изображение цели на самолет для корректировки траектории полета.