Tu-22M0
Versione di preserie con motori NK-144-22, usata per le valutazioni dal 1971. Ne furono costruiti 9 (12 secondo altre fonti); i primi due arrivarono al centro addestramento di Dyagilevo nel febbraio 1973.
Tu-22M1 (Backfire-A)
Lotto di produzione pilota di 9 aerei, costruiti tra il 1971 e il 1972 con motori NK-22. Non diede risultati soddisfacenti.
Tu-22M2 (Backfire-B)
Prima versione di grande serie, dal 1972: ali più lunghe, fusoliera ridisegnata secondo la regola delle aree, quattro uomini di equipaggio, motori NK-22 e carrello principale nella parte fissa dell'ala. Velocità massima Mach 1.65; di solito armato con uno o due missili Kh-22. Ne furono costruiti 211 fino al 1984.
Tu-22M2Ye
Un piccolo numero di Tu-22M2 rimotorizzati con i più potenti NK-23 (NK-25 secondo altre fonti).
Tu-22M3 (Backfire-C)
La versione principale, in volo dal 1977: motori NK-25, prese d'aria a cuneo simili a quelle del MiG-25, freccia massima di 65 gradi, nuovo radar nel muso, torretta di coda con un solo cannone, lanciatore rotativo per i missili Kh-15. In linea dal 1983, accettato formalmente in servizio nel marzo 1989; ne furono costruiti 268 fino al 1993.
Tu-22MR
Conversione da ricognizione del Tu-22M3, forse in 12 esemplari, con radar a visione laterale Shompol e apparati ELINT per la raccolta di informazioni elettroniche. Un Tu-22MR fu abbattuto sull'Ossezia del Sud il 9 agosto 2008.
Tu-22M4
Progetto di aggiornamento (izdeliye 4510) avviato nel 1983, con i motori NK-32 del Tu-160 e radar Obzor. Un prototipo fu costruito nel 1990, ma i lavori si fermarono nel novembre 1991.
Tu-22M3 con SVP-24-22
Tu-22M3 dotati del sistema di puntamento e calcolo SVP-24-22 Gefest, per bombardamenti più precisi. Ne sono stati consegnati 12 tra il 2015 e il 2022.
Tu-22M3M
Ammodernamento completo con motori NK-32-02, radar NV-45, cockpit digitale, nuove contromisure elettroniche e sonda per il rifornimento in volo. Contratto del settembre 2014, primo volo il 28 dicembre 2018; i piani prevedono di aggiornare fino a 30 aerei.
Tu-22DP
Progetto di intercettore a lungo raggio basato sul Tu-22M2, poi sul Tu-22M3.
Tu-344
Progetto di aereo d'affari supersonico per 10-12 passeggeri derivato dal Tu-22M3, studiato negli anni novanta e poi cancellato.