Le poids du missile au départ est de 2.400 kg, dont 400 sont réservés à la charge. Le missile est long de près de 7,5 mètres et l'envergure des ailes déployées est de 5 mètres. Le missile se déplace à une vitesse de 1.000 km/h et sa précision est de 15 à 20 mètres.
Le Tu-95MS est capable de porter huit missiles Kh-101 accrochés sous ses ailes, alors que la soute du Tu-160 peut en contenir 12.
Ces armes à haute précision, indétectables pour les radars, sont devenues largement connues après leur utilisation en Syrie.