Двигатель РД36-41 разрабатывался силами ОКБ-36 на базе двигателя ВД-19 и являлся одноконтурным одновальным турбореактивным двигателем с форсажной камерой. Он предназначался для полетов на крейсерской скорости 3000 км/ч. Для увеличения расхода воздуха первая сверхзвуковая ступень компрессора ВД-19 была заменена двумя ступенями, а турбина получила, охлаждаемы рабочие лопатки, что позволило увеличить температуру газа перед турбиной до 950 К. Двигатель обеспечивал тягу у земли на режиме полного форсажа 17000 кгс.
Разработка ракеты Х-33 началась в конструкторском бюро П.О. Сухого (ОКБ-51) конструкторами И.О. Мельцем, В.П. Сопиным, Ю.В. Троельниковым, В.В. Писковым и Э.В. Литаревым во главе с Н.С. Черняковым, и к середине 1964 г. была передана в Дубнинский филиал ОКБ-155 во исполнение Постановления ЦК КПСС и СМ СССР. Ракета разрабатывалась для полета по аэробаллистической траектории на высоте более 30 км и должна была развивать скорость, соответствующую М=6,5-7. Ракета Х-33 разрабатывалась в трех вариантах компоновки: "бесхвостка", "утка" и "нормальная аэродинамическая компоновка". Проводились многочисленные испытания модели ракеты в аэродинамической трубе ЦАГИ Т-108.
Ракета Х-33 была способна после пуска с носителя выполнять полет автономно, при этом она точно определяла цель и атаковала именно авианесущий корабль противника. На борту ракеты устанавливались РЛС, инерциальная навигационная система (ИНС) и цифровая вычислительная машина (ЦВМ).
Разработка навигационного комплекса (НК) системы Т-4 была проведена Ленинградским ОКБ-857 под руководством П.А. Ефимова, А.Л. Этингофа, Е.С. Липина и РА. Шек-Иовсепянца.
Навигационный комплекс самолета должен был состоять из автономной астроинерциальной доплеровской системы навигации с коррекцией от радиотехнических систем АДНС, РСБН, бортовой РЛС и резервированной системы автоматического управления. Применение практически впервые в составе НК бортовой цифровой вычислительной системы (БЦВС), состоящей из двух ЦВМ (разработчик ОКБ-857), позволило осуществить рациональное комплексирование. Было разработано новейшее программно-математическое обеспечение для вычислительных машин. Основными разработчиками программного обеспечения являлись: Ю.Л. Гранат, Л.П. Горохов, М.М. Кофман, И.В. Ходос, Н.С. Пермиловский, А.Л. Вольфсон, М. Злачевский, Б.И. Суров, И.Г. Топровер и др.
Высокая степень автоматизации борта на базе ЦВМ при наличии обобщенной системы индикации и централизованной сигнализации позволяла экипажу из двух человек в сложных условиях длительных сверхзвуковых и высотных полетов обеспечить выполнение всех задач, возлагаемых на систему Т-4.