Масса усовершенствованного танка по сравнению с базовой моделью увеличена на 1,5 т и составляет 48 т. В новой машине использован двигатель типа В-92С2 повышенной мощности и ресурса.
На модернизированном Т-90С впервые использованы штурвальное управление и система автоматического переключения передач с возможностью перехода на ручной режим, что позволяет уменьшить физические нагрузки на водителя, снизить расход топлива и повысить разгонные характеристики бронемашины. Максимальная скорость танка по шоссе – не менее 60 км/ч. Для усиления подвижности и манёвренности на модернизированном Т-90С установлен комбинированный ночной прибор водителя с оптическим, ТВ- и ТПВ-каналами, телекамера заднего обзора.
В боевом башенном модуле усовершенствованного танка располагаются два из трёх членов экипажа – командир и наводчик. Модуль оснащён высокоавтоматизированным комплексом управления вооружением и обеспечивает получение характеристик, превышающих достигнутые на лучших мировых образцах по дальности эффективной стрельбы, времени подготовки выстрела, дальности обнаружения и распознания целей ночью. Расположенные плазменные приборы и панорамный прицел гарантируют командиру круговой обзор, а система кругового видеонаблюдения даёт такую же возможность ещё и наводчику. Командир имеет возможность поражения танкоопасной живой силы, расчётов ПТРК из дистанционно управляемой, стабилизированной пулемётной установки с места и с ходу независимо от основного вооружения и времени суток.
Танк вооружён пушкой 2А46М-5 повышенной точности стрельбы калибром 125 мм. Её общий боекомплект – не менее 40 выстрелов, а готовый к применению – 22 выстрела. Ствол пушки хромированный, ресурс увеличен в 1,7 раза и гарантирует стабильность начальной скорости и кучности снарядов.
Модернизация коснулась и комплекса защиты от обычных средств поражения. Сейчас это модульная комбинированная броневая защита с усовершенствованной динамической защитой (ДЗ) лобовых проекций, броневая защита с ДЗ, решетчатыми экранами бортовых проекций и противоосколочными экранами на внутренних поверхностях отделения управления и боевого отделения. Есть система электромагнитной защиты.
В ряду специального оборудования появился комплекс управления внутриобъектовым и межобъектовым взаимодействием, цифровой канал связи, спутниковая и инерциальная система навигации, радиостанция УКВ с двумя независимыми трактами радиосвязи (два УКВ в одном корпусе), а также вспомогательная установка электроснабжения.
Комфорт в боевом отделении и отделении управления создаёт система кондиционирования воздуха.