作战性能
T-90SM坦克配备俄制2A46滑膛炮家族中的最新成员——2A46M5型滑膛炮(口径125毫米)。该炮使用硬度更高的合金钢材制造，使炮管不易变形，炮膛内使用镀铬工艺从而使表面更光滑，能有效降低炮弹造成的磨损，射击寿命达1200发。由于采用更精密的制造工艺，搭配炮管弯曲测量装置，能够进行弹道修正补偿，射击精度提升15%-20%。
与2A46M5滑膛炮搭配的自动装弹机也经过改进，炮弹长度限制放宽至740毫米左右，允许装填弹身更长的新一代穿甲弹。目前俄罗斯最新式穿甲弹的研制仍处于保密阶段，有消息称已有代号为“铅弹-1”与“铅弹-2”的两款穿甲弹可用于T-90SM。T-90SM还保留了特有的炮射反坦克导弹能力，新型9M119M1炮射导弹在维持射程(约5千米)的情况下，可垂直贯穿950毫米厚的装甲板。
与火炮相比，T-90SM在火控方面改进更大。T-90SM配备“卡利纳”火控系统，以全数字化弹道计算机为核心，与炮长用“松树-U”热成像仪、车长用“鹰眼”全向瞄准仪、主炮双轴陀螺稳定装置、炮塔顶部横风传感器与车速、耳轴倾斜角、弹药温度等周边传感器相结合，是一款高度自动化的火控系统。俄方强调其性能完全不逊于西方同类系统。
乌拉尔机车厂还为T-90SM坦克安装了7.62毫米口径的遥控机枪，可由车长在车内遥控射击，该机枪与车长瞄准仪完全集成，无需加装独立瞄准机构。
战场感知
该坦克四周设置有多个光学摄像装置，能提供360度的环形视野，使车内乘员能随时监视周围动态，降低敌方利用坦克视线死角进行伏击的成功率。
T-90SM坦克的车长席配备有俄罗斯开发的数字式战场管理系统，该系统过去只安装在T-90AK(指挥型T-90)上。这套系统结合惯性导航和“格洛纳斯”卫星导航系统，可提供准确的定位与导航信息，由坦克上各个光学传感器所搜集的目标信息可通过双向数据链与友军实时分享，战场数字地图与敌我动态通过车内彩色液晶显示屏一目了然。指挥官也可通过数字战场管理系统获得更多实时信息。
此外，T-90SM的无线电系统也经过更新，用数字式无线电取代了模拟式无线电，提升了通讯质量和抗干扰能力。
更强防护
在防御方面，T-90SM并未大规模变更T-90原有的复合装甲结构，而是通过加大反应装甲覆盖范围和换装新一代反应装甲来强化防御能力。T-90SM的反应装甲完整覆盖炮塔正面与车头上半部、车体两侧的侧裙及炮塔顶部的前半部。在T-90SM身上，T-90A原有的第二代“接触-5”反应装甲已被第三代反应装甲所取代。这种新型反应装甲平均可降低尾翼稳定脱壳穿甲弹约50%的穿甲威力，使坦克面对尾翼稳定脱壳穿甲弹攻击时的防御能力提高1.5倍，即使面对串列式成型装药弹头也具有强大的防御效果，而且不会被30毫米口径以下的炮弹或高温大火所引爆。
