蘇-33戰鬥機的座艙
蘇-33的座艙位置比較突出，搭配整體式風擋玻璃，使飛行員具有良好的視野。氣泡式艙蓋向後開啟，與風擋用半圓形框架相連線，3個後視鏡使飛行員擁有良好的後視野。其內部顯示系統和操控系統等相對比較落後，大量機械操作按鈕比較繁瑣，自動化程度較低。蘇-33的座艙內安裝了K-36MD型彈射座椅，可以在0~1100千米的時速進行安全彈射，安全性較高。蘇-33的機身大量採用鈦合金和鋁合金材料，機翼等少數部位採用了碳纖維複合材料，能夠減輕機身重量，增強了耐腐蝕性。
蘇-33戰鬥機的機長為21.19米，翼展14.7米，摺疊後為7.4米，機高5.93米。蘇-33的空重為18.4噸，艦上起飛重量為29.9噸，最大起飛重量為33噸。在10000米高度時的最大飛行速度約2.17馬赫，實用升限17000米。蘇-33的體型較大，內部載油量為9200千克，最大航程可達3000千米，高空飛行時的作戰半徑可達800海里，低空條件下也有415海里，有效負荷6500千克。
蘇-33戰鬥機搭載2臺AL-31F3（AL-31K）加力渦扇發動機，該發動機是在AL-31F的基礎上推出的艦載改進型，長度為4.92米，最大直徑1.3米，重量為1650千克，涵道比0.6，總壓比23.8。AL-31F3發動機在全加力狀態下的最大推力為12503千克，推重比7.14。該發動機的設計壽命為1000小時，最大壽命為1500小時。
AL-31發動機
AL-31F3發動機主要由機匣、3級風扇、4級低壓壓氣機、9級高壓壓氣機、環形無煙燃燒室、單級高低壓冷卻渦輪、漏斗型混合室、V形火焰穩定器加力燃室和液壓可調收/擴噴管等組成。該發動機的附件包括啟動系統、滑油供給系統和發動機控制系統等組成，它的發動機控制系統並不是數字式電子控制系統，而是由帶三維凸輪的機械液壓燃油控制系統和模擬電調系統組成。
蘇-33的翼身融合體使其內部空間較大，載油係數接近0.33。蘇-33共有4個內部燃油箱，其中3個位於機身，一個位於兩側機翼的中間。具體來看，一號油箱位於機身前部，容量超過4000升；二號油箱貫穿機翼中間，容量是4個油箱中最大的，超過5300升；三號油箱位於機身後部，容量1350升；四號油箱位於機翼，容量也是最小的，只有不到1000升。在飛行時，各個油箱將按既定程式自動有序啟用，油箱內部填充了聚氨酯泡沫塑料，具有自密封作用，還能減少燃料晃動對飛機重心的影響。蘇-33還安裝了可收縮式空中受油管，可進行空中加油。
蘇-33戰鬥機安裝了一門GSh-301單管30毫米機炮，備彈150發，射程120~800米。蘇-33的機身擁有12個外掛點，載彈量6.5噸，可攜帶多種型號的彈藥。在空戰武器方面，主要有R-27R/ER、R-27T/ET、R-27EM、R-73等空空導彈。其中R-27ER和R-27ET均是增程型空空導彈，最大射程分別提高到170千米和120千米。改進後的蘇-33還可攜帶Kh-29T（L）電視/鐳射制導導彈、Kh-31P（A）被動/主動雷達尋的導彈、Kh-59M電視制導對地導彈、KAB-500電視/鐳射制導炸彈等。
在對付海上目標方面，蘇-33還可以掛載Kh-41反艦導彈。Kh-41導彈也稱X-41或AS-21，是3M80E超音速反艦導彈（SS-N-22）的空射型版本，採用固體火箭發動機和衝壓式發動機的組合推進方式。在低空掠海飛行時，該導彈的最大射程為150千米，最大飛行速度為2.1馬赫；在高空飛行時，Kh-41導彈的最大射程可達250千米，最大速度可達3馬赫。不過Kh-41導彈的發射重量高達4.5噸，蘇-33戰鬥機只能在機腹掛點攜帶一枚Kh-41反艦導彈。
蘇-33的駕駛艙內部
蘇-33戰鬥機採用了新型PNK-10K飛行導航系統，包括SDU-10K線傳飛控系統、SAU-10K自動飛行系統和綜合導航系統等。飛控系統有三種工作模式：起飛/著陸、正常起飛、直接操縱。而綜合導航系統則包括A-317短距無線電導航和降落系統、“電阻”艦載短波無線電導航和降落系統等，可以使蘇-33在航母甲板上進行自動或半自動降落。這不僅提高了著陸的安全性，還可以應對複雜的氣候環境，具備了一定的全天候降落能力。
蘇-33戰鬥機安裝了SUV-27K（SUV-33）火控系統，能夠與航母的指揮控制系統相連線。蘇-33前期搭載N001VE脈衝多普勒雷達，後期換裝N011M雷達，具有良好的下視下射能力，它的最大迎頭探測距離超過100千米，尾追探測距離為40千米，對地面中小目標的作用距離為30千米，對水面大型戰艦的作用距離為120千米，可同時跟蹤10個目標並攻擊其中的4個目標。
蘇-33戰鬥機配備了OEPS-27K型光電探測系統，包括OLS-27K型紅外搜尋和跟蹤裝置、鐳射測距儀和頭盔瞄準具等。OLS-27K由幾十個光電二級光組成，可在雷達靜默時獨立完成搜尋工作，紅外探測方位角為正負60度，俯仰角為負15度至正60度，最大探測距離可達50千米。鐳射測距儀對空中目標的最大作用距離為3千米，最地面和水面目標的作用距離可達5千米。
蘇-33戰鬥機的通訊系統主要有R-800L VHF無線電臺、R-864L HF電臺、P-515通訊系統、P-503無線電通訊記錄器等。蘇-33還搭載了SPO-15LM“白樺樹”雷達警告器、主動干擾機、餌彈投放器等電子戰裝置，還可以在翼尖掛載主動電子干擾吊艙。蘇-33的被動干擾系統是位於尾錐附近的APP-50箔條/曳光干擾彈發射器，備彈96枚。
通過對蘇-33各個系統的分析和梳理，可以發現蘇-33基本承襲了蘇-27的設計和配置，同時為適應艦載機的需求而做了部分改進。蘇-33在剛剛服役時，稱得上是全球最先進的艦載戰鬥機之一，和美國的F-14及F/A-18屬於同一級別。但是蘇-33的優缺點都比較明顯，比如說發動機的大推力屬於其長處，而落後的火控雷達和起飛方式則是其主要短板。作為俄羅斯最大的艦載戰鬥機，蘇-33的總體效能應該屬於中等偏上水平。