Tên lửa S-125 gồm 2 phần: phần thân dưới là động cơ đẩy phụ-nhiên liệu rắn, thời gian hoạt động 2,6 giây, gắn 4 cánh vây hình chữ nhật có thể xoay 90 độ; phần trên đường kính nhỏ hơn là động cơ đẩy chính-nhiên liệu rắn, thời gian hoạt động 18,7 giây và đầu đạn, được gắn 4 vây đuôi cố định và 4 vây chuyển động được nhỏ hơn ở đầu. Tên lửa được điều khiển bằng sóng radio qua antenna ở cánh vây sau phần trên (có thể tên lửa loại này được trang bị công nghệ tự tìm mục tiêu bằng hồng ngoại ở cuối hành trình IR terminal homing). Tên lửa 5V24 (V600) có thể đạt vận tốc đến Mach 3-3,5. Nó có tầm bắn hiệu quả ngắn hơn và độ cao tối đa thấp hơn so với các loại tên lửa tầm xa như S-75, đồng thời cũng bay chậm hơn. Bù lại thì S-125 nhỏ gọn hơn, bệ phóng gắn được nhiều tên lửa hơn, dễ đi chuyển hơn. Thiết kế hai giai đoạn bay của S-125 cũng có hiệu quả cao hơn so với S-75 khi chống lại các mục tiêu bay thấp. Đặc biệt nó còn có khả năng chống lại các hệ thống gây nhiễu điện tử tốt hơn so với thế hệ S-75. Trong Chiến tranh Kosovo năm 1999, dù đã rất lạc hậu nhưng S-125 đã gây kinh ngạc khi tiêu diệt được 2 chiếc máy bay tàng hình F-117 của Mỹ.