Модифицированный транспортный пилотируемый корабль «Союз ТМА-М» по сравнению с базовым кораблем доработан с целью:

• замены бортовых приборов системы управления движением и системы бортовых измерений на приборы, созданные на основе современной элементной базы и развитого программного обеспечения;
• расширения функциональных возможностей корабля в части управления бортовыми системами и более глубокой интеграции с БВС Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) при использовании мультиплексного канала обмена;
• увеличения возможности по доставке полезного груза за счет снижения массы бортовых систем.

Внешняя конфигурация корабля с модернизированными бортовыми системами полностью  соответствует кораблям «Союз ТМА» предыдущей серии.

В корабле новой серии установлено 5 новых приборов общей массой ~ 42 кг (вместо 6 приборов общей массой ~101 кг). При этом электропотребление снижено до 105 Вт (вместо 402 Вт).

В составе модифицированной СУД используются центральная вычислительная машина (ЦВМ) с устройством сопряжения суммарной массой ~26 кг и электропотреблением 80 Вт. Производительность ЦВМ – 8 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти 2000 Кб. Существенно увеличен ресурс, который составляет 35 тыс. часов. Заложен 50%-ный запас вычислительных средств.

В СБИ корабля установлено 14 новых приборов общей массой ~28 кг (вместо 30 приборов общей массой ~70 кг) при той же информативности. Введен режим обмена информацией с БВС.

Снижено электропотребление СБИ: в режиме непосредственной передачи телеметрической информации – до 85 Вт (вместо 115 Вт), в режиме записи – до 29 Вт (вместо 84 Вт) и в режиме воспроизведения – до 85 Вт (вместо 140 Вт).

Система обеспечения теплового режима (СОТР):

• обеспечено жидкостное термостатирование приборов путем установки в приборном отсеке (ПО) корабля трех термоплат;
• доработан контур навесного радиатора СОТР для подключения термоплат термостатирования новых приборов СУД, расположенных в ПО;
• установлен в контур навесного радиатора СОТР электронасосный агрегат повышенной производительности;
• заменен жидкостный теплообменник с целью улучшения термостатирования корабля на стартовом комплексе в связи с введением в состав корабля новых приборов, требующих термостатирования.

Система управления движением:

• доработан блок автоматики двигателей причаливания и ориентации (БА ДПО) с целью обеспечения совместимости с новыми бортовыми вычислительными средствами;
• доработано программное обеспечение вычислительных средств спускаемого аппарата корабля.

Система управления бортовым комплексом (СУБК):

• доработаны блок обработки команд и командная матрица в целях обеспечения заданной логики управления вводимыми приборами СУД и СБИ;
• заменены автоматы защиты в блоках силовой коммутации для обеспечения электропитания вводимых приборов СУД и СБИ.

В пульте космонавтов внедрено новое программное обеспечение, учитывающее изменение командной и сигнальной информации при модернизации бортовых систем.

Усовершенствования конструкции корабля и интерфейсов с МКС:

• заменен магниевый сплав приборной рамы ПО на алюминиевый сплав для улучшения технологичности изготовления;
• введены дублированные мультиплексные каналы для обмена информацией между БВС корабля и БВС Российского сегмента МКС.

Летные испытания кораблей новой серии  проводятся совместно с выполнением основных задач по обслуживанию МКС в соответствии с утвержденной программой полета станции.