Aralık 2012'de ilk uçuşunu yaptı ve bir ay sonra Moskova yakınlarındaki diğer üç test uçağına katıldı. 2013 yılı sonu itibarıyla, beşinci öncül üretim 27 Ekim 2013 tarihinde ilk uçuşunu yaptı; bu uçuş ile beş T-50 prototipi 450 kezden fazla uçuş gerçekleştirdi. Durum testi için ilk uçak, 21 Şubat 2014 tarihinde teslim edildi. Ancak Rus Hava Kuvvetleri uçağın performans parametrelerinin bazılarını test etmek için VVS olanaklarından yoksundu.

Beşinci öncül üretim T-50 '055' ciddi bir şekilde Haziran 2014'de indikten sonra bir motor yangını dolayısıyla hasar gördü. Uçak bitmemiş, altıncı prototip bileşenleri eksiltilmeksizin son durumuna getirilmiştir.

Altıncı öncül üretim 27 Nisan 2016 tarihinde ilk uçuşunu yaptı.

PAK FA 5. nesil çok görevli bir uçaktır ve Rus Hava Kuvvetleri için ilk operasyonel hayalet uçak olacaktır. Bilgilerinin sınıflandırılmış olmasına rağmen, Sukhoi şirketi ve Savunma Bakanlığı bünyesindeki kaynaklar açıkça, uçağın, süper manevra kabiliyetli, süperseyir özellikli, kompozit malzemeleri büyük miktarlarda içerecek ve aktif faz dizili radar ve sensör füzyonu gibi gelişmiş aviyoniklere sahip bir hayalet uçak olacağını belirtmiştir.

T-50'nin birleşik kanat gövde yapısındadır ve her yatay hareketi ve dikey dengeleyicileri içermektedir; dikey dengeleyiciler ayak ucunda içeri doğru uçağa hava freni olarak hizmet vermektedir. Uçak itki vektörü barındıran, başlıca ileri kök uzantıları tarafından oluşturulan girdapları kontrol etmek için tasarlanmış ayarlanabilir öncü girdap denetleyicilerine (LEVCONs) sahiptir ve sistem vektör itişinde başarısız olursa düzeltme sağlamak ve hızlı bir koltuk kurtarma da dahil olmak üzere saldırı davranışında yükseklik açısını arttırabilir. Nozüller gelişmiş vektörel uçuş kontrol sistemi ve itişte uçak kalkışını dirençli hale getirir ve düşme, rotadan çıkma durumlarında yüksek manevrada, uçağa kobra manevrası olarak bilinen saldırı manevralarında, çok yüksek açıları gerçekleştirmek için ve Bell manevrasında birlikte düz dönüşlerde küçük irtifa kaybı ile düz dönmeler yaptırır. Uçağın yüksek seyir hızı ve normal çalışma irtifasında önceki nesillere oranla daha önemli kinematik bir üstünlük vermesi bekleniyor.

T-50'nin yapısal ağırlığının %25'i ve dış yüzeyinin %70'ini kapsayan kompozitleri yoğun kullanımı kolaylaştırır. Silahlar kanat köküne yakın motor yerine ve daha küçük şişkin, üçgen kesitli iki tandem ana silah koylarında yerleştirilmiştir. İç silah taşıyıcıları dış sürüklemeyi ortadan kaldırır ve dış taşımaya kıyasla daha yüksek performans sağlar. Gelişmiş motorları ve aerodinamiğiyle T-50, süper seyir için art yakıcılar kullanmadan süpersonik uçuşu sürekli etkinleştirebilir. Yüksek yakıt yükü ile birlikte T-50'nin 1.500 km'den fazla bir süpersonik menzili vardır ve bu Su-27'nin iki katından daha fazladır. T-50'nin tasarımında Sukhoi, F-22'in sınırlamaları olduğu düşünülen söylentilere göre kendi yetersizliklerinde dönüş ve sapma anlarında ve motorların arasındaki silah koyları için bir alan eksikliğini ve kabini kurtarma için karışıklıklarda, başarısız itişlerde itki vektörü kullanmaktadır.

T-50 Rus Hava Kuvvetleri hizmetinde ilk operasyonel görünmezlik teknolojisi kullanan uçak olacaktır. F-22 gibi diğer görünmez uçaklara benzer şekilde, gövdesi onun radar kesitini (RCS) azaltmak için biçimli kenar uyumu içermektedir; kanat ve kontrol yüzeyleri ve yüzey panelleri tırtıklı ön ve arka kenarları dikkatle radar dalgalarını yansıtabilir yön sayısını azaltmak için birkaç belirli açıda hizalanmıştır. Silahlar uçak iskeletinin içinde silah koylarında taşınır ve antenler uçağın görünmezliğini korumak için kaplama yüzeyindeki boşluklarda bulunmaktadır. IRST mahfaza kullanılmadığı zaman geriye dönük olan ve arka onun radar geri dönüş azaltmak için radar emici malzeme (RAM) ile işlenir. Motor yüzü, motor fanı ve giriş kılavuz kanatları (IGV) önemli RCS katkısını maskelemek için kısmi kıvrımlı girişin çoğunu gizler (ama hepsini değil). Uçak, tüm açılardan gizlenme için motor fanı önünde F/A-18E/F uçağında kullanılanlara benzer prensipte radar engelleyici barındırmaktadır. Uçak radar dalgalarını emer ve kaynağına geri yansımasını azaltmak için RAM kullanır, kanopi kokpit pilotun radar dönüşünü en aza indirmek için bir kaplama ile işlem görür.

T-50'nin tasarımda ileri yarımkürede en belirgin özellikleri RCS azaltıcı ön görünmezliği vurgulu; arka gövde şekillendirmede çok daha az görünmezlikte F-22 ile karşılaştırıldığında radar için iyileştirilmiştir. Uçak iskeletinin şekli ve uçakların RAM birleşik etkisinin, Su-27'nin otuz katından daha küçük bir değerde uçağın RCS'sini azalttığı tahmin edilmektedir. T-50'nin görünmezlik özellikleri hakkında Sukhoi patenti yaklaşık 0.1-1 metrekarelik uçağın ortalama RCS'sine değinir. Ancak, diğer görünmez uçaklar gibi, T-50'de düşük gözlenebilirlik ölçüsü, yüksek frekansta (3 ila 30 GHz) radarlara karşı başta genellikle etkilidir. Rayleigh saçılımı ve yankılama etkileri, hava radarları ve erken uyarı radarları kullandığında düşük frekanslı radarların T-50'nin fiziksel boyutunu algılamak için daha olası olduğu anlamına gelmektedir. Bununla birlikte bu radarlar, aynı zamanda büyük bir yığılmaya duyarlıdır ve daha az hassastır.

Seri üretim öncesi T-50 ilk üretimleri motor olarak, NPO Saturn üretimi bir çift "izdeliye" 117 veya AL-41F1 kullanmaktadır. Yakından Su-35S tarafından kullanılan Saturn 117S motoruna bağlı 117 motoru, Su-27 ailesi AL-31'in son derece gelişmiş ve güncel bir çeşididir. 117 motor kuru itki 93.1 kN (21,000 lbf), artyakıcı ile 147.1 kN (33,067 lbf) itki üretir ve 10.5:1 ağırlık oranında bir itkiye sahiptir. Motorlar tam donanımlı bağımsız sayısal motor kontrol (FADEC) ve manevra kabiliyeti ile yol tutuşunu kolaylaştırmak için uçuş kontrol sistemiyle bütünleştirilmiştir.

İki 117 motoru, dönme eksenleri Su-35S'in ağızlık düzenlemesinin benzeri bir açıda eğimli olarak vektörel itki kuvveti (TVC) nozüllerini içermektedir. Bu yapılandırma uçağın, üç dönme ekseninde, saha, rotadan çıkma ve dalgalanma anlarında vektörel itki üretmesine izin verir. İtki vektörü ile kendileri sadece bir düzlemde çalışabilir nozüller; uçağın her bir motor nozülünden farklı vektörel belirleme ile dalgalanma ve sapma üretmeye izin verir. Motor, girişi artmış ses üstü verimlilikte ve yabancı nesne enkazının motorlar tarafından yutulmasını önlemek için geri çekilebilir örgü ekranları için değişken gaz giriş rampaları içermektedir. 117 motoru kızılötesi ve RCS azaltma tedbirlerini de içermektedir. 2014 yılında, Hindistan Hava Kuvvetleri açıkça güvenilirlik ve 117 motorlarının performansı üzerinde endişelerini dile getirdi; 2011 Moskova Hava Gösterisi sırasında, T-50 kalkışı iptal etmek için uçak zorunlu bir kompresör hız kesilmesi yaşadı.

2020'de T-50'nin, ileriye yönelik üretiminde, "izdeliye" 30, 117'nin yerini alacaktır ve yeni tasarımlı motor olarak bilinen daha güçlü bir motor ile donatılmış olacaktır. NPO Saturn ve MMPP Salyut bu kesin ikinci kademe motor sağlanması için yarışmaktadır. 117 ile karşılaştırıldığında, yeni güç kaynağı artan itkiye ve yakıt verimliliği ile daha fazla güvenilirlik ve daha düşük maliyetliliğe sahip olacaktır. "Izdeliye" 30 böylece kendinden önceki modele kıyasla parça sayısını azaltarak, 117'den daha az fan ve kompresör aşamalarına sahiptir. Motor yaklaşık 107 kN (24.050 lbf) kuru itki ve 167 kN (37.500 lbf) kadar artyakıcılı itki üretmek için tasarlanmıştır. Tam ölçek geliştirme, 2011 yılında başlayan motorun kompresörü Aralık 2014 yılında tezgâh sınamasına başladı. İlk test motorlarının 2016 yılında tamamlanması planlanmaktadır ve uçuş sınamasının 2017 yılında başlaması öngörülmektedir. Yeni güç kaynağı uçak iskeletinin en az düzeyde değişiklikleri ile 117 için öylesine olacak şekilde tasarlanmıştır.

T-50'nin, iki art arda dizili (tandem) her biri yaklaşık 4,6 m (15.1 ft) uzunluğunda ve 1,0 m (3.3 ft) genişliğinde ana iç silah koyları ve kanat köküne yakın gövde altında çıkıntılı iki küçük üçgen kesitli silah yuvası bulunmaktadır. İç silah taşıyıcıları uçağın görünmezliğini önemli ölçüde korur ve böylece dış depolamada performanslarına göre hareket ile ilgili (kinematik) performansı koruyarak hava devingenliğinde (aerodinamik) sürüklenmeyi azaltır. T-50'nin yüksek seyir hızının önemli ölçüde selefine kıyasla silah etkinliğini artırması bekleniyor. Vympel ana koylarıyla: UVKU-50L füzeler için 300 kg (660 lb) ağırlıkta ve UVKU-50U, 700 kg (1,500 lb) ağırlığa kadar ağır toplar için iki fırlatma füzeatarı geliştiriyor. Uçağa içten dışa doğru LEVCON köküne yakın, 9A1-4071K (GSH-301) 30mm top eklemlenmiştir.

T-50'nin hava-hava muharebesi için, iki ana silah koylarında dört görsel-aralık-ötesi füze ve kanat kök silah koylarında iki kısa menzilli füze taşıması bekleniyor. Birincil orta menzilli füze etkin radar güdümlü K-77M ("izdeliye" 180) AESA arayıcısı ve konvansiyonel arka kanatlarda yükseltilmiş R-77 çeşididir. Kısa menzilli füze, kızılötesi güdümlü ("ısı arayan") K-74M2 ("izdeliye" 760), iç taşıma için azaltılmış kesitli yükseltilmiş R-74 çeşididir. Yenilenen tasarımda kısa menzilli füze atanmış kodu K-MD ("izdeliye" 300) sonunda K-74M2 yerine geliştirilmektedir. Füzeler, her bir ana silah koyunda iki ile yapılabilir görsel-aralık-ötesi geniş izdeliye 810 için uzun menzilli uygulamaları içerir.

Ana koylar aynı zamanda Kh-38M olarak bilinen hava-yer füzelerini, yanı sıra birden fazla 250 kg (550 lb) KAB-250 veya 500 kg (1,100 lb) KAB-500 hassas güdümlü bombaları barındırabilir. Uçağın Kh-35UE (AS-20 "Kayak") gemi-savar füzesi ve Kh-58UShK (AS-11 "Kilter") radyasyon-savar füzesinin daha geliştirilmiş ve değiştirilmiş türevlerini taşıması bekleniyor. Görünmezlik gerekmeyen görevlerde T-50, altı harici sabit noktada depolama yapabilir. PAK FA baş tasarımcısı Alexander Davydenko, PAK FA ve FGFA'da Brahmos'un türevi ses üstü seyir füzesi kurulumunun bir olasılığı olduğunu; bir ya da iki tür Brahmos füzesinin yoğun ağırlıkta gerçekleştirilebilir olduğunu söyledi.

T-50, iki 38 cm (15) Su-35S düzenine benzer temel ç