米格-31的设计思想和到那时为止的苏联战斗机有点不一样。苏联战斗机一般是按照紧密的地面指挥设计的，地面雷达搜索和跟踪战场上的状况，地面指挥官全面掌握战局，引导空中的飞行员接敌作战。这个模式在越南战争中应用得卓有成效，但在中东战争中就被以色列的野小子飞行员们冲得稀里哗啦。这里面有阿拉伯飞行员的素质问题，也有地面指挥体系的概念问题。地面指挥体系最大的问题就是对飞行员不放手，影响了飞行员的主观能动性。地面指挥在理论上可以掌握全局，有利于作出更好的判断。但在实际上，由于雷达的分辨率、地球曲率、通信的干扰、信息上传下达的不精确和时间上的延迟，很多指挥决定是带相当的猜测和主观判断的成分的。飞行员在空中对周围的态势看得更清楚，自主协同作战更加有利，地面只需要对视距外的威胁和动向作简单提醒就可以了。因此，苏联从米格-23时代开始就开始鼓励飞行员在空中自主作战，但米格-31才是第一架按自主作战概念设计的战斗机。由于这个概念上的变化，米格-31是苏联历史上第一次由雷达设计局负责战斗机的武器系统整合，在此之前一直是飞机设计局负责武器系统整合的。
为了实现自主作战，米格-31的火控和通信系统比通常的苏联战斗机要强大和先进得多，因此也需要一个专职的雷达和系统操纵员，这就是米格-31采用双座的最大原因。为了给雷达和系统操作员提供一个较暗的工作环境，后座差不多是密闭的，只有两个小小的窗可以向外张望。后座不仅操作雷达，也负责半有源雷达制导空空导弹的末端雷达照射。米格-31强大的雷达和专职的雷达操作员使它可以充当简易预警机，和其他战斗机协同作战，但这和真正的预警机还是有很大距离的。米格-31的雷达只能在前半球搜索，除非作闭合回路的巡回飞行，否则无法探测全向的敌情。但闭合回路的巡回飞行对整个空域的扫描时间太长，不适于作真正的预警机使用。另外，由于米格-31的后座只是一个人，即使在雷达覆盖的半球里，也只能控制有限的几架友机。和米格-23一样，米格-31还可以用红外搜索跟踪装置，在雷达静默的情况下发现和攻击敌机。
米格-31最牛的是那个巨大的无源电扫雷达（也称无源相控阵雷达），天线直径进一步增加到1.1米。通常的雷达采用抛物面天线或者平板缝隙天线，装在万向节上用机械驱动扫描。由于机械扫描的惯性，雷达对于整个战斗空间的扫描需要较长的时间，雷达探测距离越大，这个问题越严重。电扫雷达使用固定的平面天线，用电子控制的方式偏转波束，极大地加快了扫描速度。更有甚者，电扫雷达可以用同一个雷达天线产生多个波束，分别搜索和跟踪多个目标，有利于同时接战多个目标，对远程截击机拦截大量入侵目标十分有利。电扫雷达还有波束旁瓣小、抗干扰性能好的特点。米格-31采用的“堡垒”雷达（北约代号“霹雳舞”）是世界上第一种装用战斗机的电扫雷达。尽管这还是无源电扫，用一个发射单元分出若干个波束，因此不具备更加先进的有源电扫的发射单元阵列的可靠性，这还是比机械扫描雷达大大地进了一步。
“堡垒”雷达可以探测200千米外轰炸机大小的目标，跟踪距离120千米，可以同时跟踪10个目标，攻击4个目标，对战斗机大小的目标探测和跟踪距离分别为90千米和70千米。米格-31的雷达可以在正负70度的圆锥里攻击目标，这比同时代的西方战斗机雷达的攻击角度要大得多。米格-31的红外搜索跟踪装置也在水平方向上有正负60度的探测范围，在垂直方向上有正6度、负13度的范围，追尾探测距离达40千米。4架米格-31可以按200千米的间距，脱离地面引导，由数据链控制自动地协同交战。这样，一个4机编队就可以覆盖长达800千米的国境线，换成小一点的国家，这就是整整一个方向的国境线了。最神的是，“长机”可以通过数据链，直接控制“僚机”的自动驾驶仪和火控系统，自动飞往目标区，自动截获目标，并自动交战。当然，这一切也可以半自动地进行，数据链仅传送指令，“僚机”飞行员执行指令，所有数据交换不需要通过话音信息。在地面控制范围内，地面也可以遥控。这是空中网络战的前身，是苏联电子技术的巅峰。
米格-31的主要武器是外形酷似美国海军的AIM-54“不死鸟”的R-33（北约代号AA-9）远程空空导弹，由“闪电”设计局设计，射程达120千米，射高为28～50000米，后向射程也达20千米。R-33在米格-31上采用机身下的半埋悬挂，大大减小飞机的阻力。有趣的是，米格-31有一门6管23毫米加特林炮，射速6000发/分（一说8000发/分），带弹260发。就米格-31的机动性，要用航炮攻击敌人的战斗机或者巡航导弹，那是要撞大运才能打得上；用来对地攻击就更离谱了，这样庞大、昂贵的战斗机用航炮扫射地面目标，实在是大材小用。这门重型航炮的作用很可疑。
米格-31在1983年进入现役后，各种试飞依然在继续进行，费多托夫在1984年试飞米格-31时失事牺牲，米格设计局的首席试飞员由曼尼茨基接任。米格设计局本来已经在研制大改的米格-31M，取消航炮，挂载射程达300千米的R-37导弹，雷达探测距离增加到400千米，全面采用先进航电，加装卫星导航，并且已经在1985年12月21日首飞。但米格-31M生不逢时，准备定型投产时碰上苏联解体，最后流产了。具有对地攻击能力和防空压制能力的米格-31F及种种增强米格-31的能力的计划也同样流产了。值得指出的是，米格-31也是苏联用于战斗机发射反卫星导弹的平台。
米格-31在冷战后也遇到了俄罗斯军费裁减的大斧，空军和国土防空军合并后的第一任俄罗斯空军司令邓涅金将军在军费严重紧缺的情况下，大刀阔斧地整顿空军装备体系，将所有单发战斗机退出现役（所以所有米格-21、米格-23和米格-27退出现役），防空专用的米格-31也大量封存，只有20%的米格-31还留在现役。这不能简单归结为米格设计局在政治上的失势，而是和俄罗斯空军的作战思想有关。苏-27具有无可置疑的更优秀的空战性能和对地攻击的潜力，航程远，武器系统能力十分强大而且均衡，比专业防空的米格-31更能适合灵活主动和进攻性的空军战略。但两次伊拉克战争后，巡航导弹和隐身飞机的威胁剧增，米格-31这样的空中流动的防空导弹营既具有高速、远程、机动部署的特点，又具有容易识破隐身和巡航导弹的下视下射的能力，其对俄罗斯防空的重要性重新得到了赏识。在普京的介入下，75%的米格-31都恢复了现役状态，米格-31的未来或许不那么黯淡。
