Помимо ПГО, еще одним принципиальным новшеством, направленным на повышение маневренности истребителя Су-37, стало применение на нем двигателей с поворотными соплами, обеспечивающими управление вектором тяги. Такая конструкция двигателей позволяет добиться очень хорошей управляемости, так как даже небольшое отклонение поворотного сопла в продольной плоскости приводит к возникновению значительного поворачивающего момента, а осевая составляющая тяги двигателей при этом почти не уменьшается. Управление вектором тяги позволяет легко маневрировать на предельно малых скоростях, когда обычные аэродинамические рули становятся неэффективными. Например, Су-37 способен стать в положение «Кобра Пугачева», а затем, практически при нулевой скорости, развернуться, вплоть до разворота на 180°, и продолжить полет в противоположном направлении. Выполнять полеты как с управлением вектором тяги, так и без него Су-37 помогает установленная на нем новая электронная система управления полетом, основанная на цифровой технике с элементами искусственного интеллекта. Она автоматически выполняет существенную часть работы летчика, оставляя ему возможность сосредоточиться на принятии принципиальных решений.
Внешне Су-37 почти не отличается от многоцелевого истребителя Су-35, у которого была позаимствована конструкция планера. Как и этот истребитель, Су-37 имеет интегральную компоновочную схему «триплан» с передним горизонтальным оперением. Вертикальное оперение двухкилевое с рулями направления. В конструкции планера в целом широко используются новые высокопрочные сплавы и композиционные материалы. Кабина летчика оборудована катапультируемым креслом К-36. На приборной доске установлены четыре жидкокристаллических многофункциональных цветных дисплея, которые предоставляют всю необходимую пилоту информацию. Здесь же находится и специальное табло отказов, которое в случае возникновения неисправностей информирует о них летчика и выдает ему необходимые рекомендации.
Силовая установка самолета состоит из двух двухконтурных турбореактивных двигателей АЛ-319 с управляемым вектором тяги, которые разработаны АО «А. Люлька — Сатурн». Основная трудность, с которой встретились конструкторы при создании этого двигателя, заключалась в том, что в месте, где перекладывается сопло, температура газов близка к 2000°, а давление составляет 5–7 атмосфер. Поэтому даже малейший прорыв газов ведет к пожару. Было создано такое уплотнение, которое надежно защищало бы от прорыва газов.
Истребитель Су-37 имеет совершенное радиоэлектронное оборудование, не уступающее западным аналогам. В комплекс управления оружием входит перспективная бортовая РЛС и оптико-электронная прицельная система, которая состоит из лазерного дальномера-целеуказателя, теплопеленгатора и цветного телевизионного канала. Информация от системы выводится на нашлемный индикатор летчика. Эффективно вести групповой бой позволяет то, что самолет оборудован также новой системой радиоэлектронной борьбы и системой закрытого обмена данными о целях с другими истребителями и наземными командными пунктами.
Высочайшая маневренность истребителя, а также установленное на нем новое радиоэлектронное оборудование заставили внести изменения в тактику ведения этим самолетом воздушного боя. То, что раньше казалось чистой экзотикой из области высшего пилотажа, этот истребитель с легкостью выполняет, чтобы машина противника оказалась в его прицеле. После этого РЛС и оптико-электронная система захватят цель, а комплексом управления оружием будет выдана команда на пуск управляемых ракет.
Сверхманевренность может применяться пилотом Су-37 не только для того, чтобы быстро направить оружие своего истребителя на цель, но и для того, чтобы выйти из-под удара. Кратковременное «зависание» самолета в одной точке пространства (как, например, при выполнении «кобры Пугачева» или «колокола») приводит к срыву сопровождения неприятельской импульсно-доплеровской РЛС. Это новое динамическое направление в технике «стеле», позволяющее добиться относительной «невидимости» истребителя не за счет конструктивных ухищрений, а при помощи выполнения специальных маневров.