Модернизация систем и конструкции, внедренная в настоящее время на ТПК «Союз МС», началась еще на кораблях «Союз ТМА-М», при этом начиная с корабля:

• «Союз ТМА-03М» установлен дополнительный пятый блок аккумуляторной батареи, увеличена площадь фотоэлектронных преобразователей (ФЭП), использованы ФЭП с повышенным КПД, внедрена модернизированная система записи информации СЗИ-М;
• «Союз ТМА-04М» установлена дополнительная противометеороидная защита на бытовой отсек; заменен светильник СМИ-4 на светодиодную фару (СФОК), заменена система связи и пеленгации «Рассвет-М» на модернизированную систему «Рассвет-3БМ», позволяющую обеспечить определение координат места посадки СА со встроенного приемника глобального позиционирования ГЛОНАСС/GPS и передачу их в поисково-спасательную команду (ПСК) и ЦУП при помощи спутниковой системы «Коспас-Сарсат»;
• «Союз ТМА-08М» введены в состав стыковочного агрегата дублирующие двигатели электроприводов стыковочного механизма и механизма герметизации стыка.

Модернизация систем и конструкции кораблей «Союз ТМА-М» проводилась с целью улучшения их технико-эксплуатационных характеристик путем замены устаревших бортовых систем, что в конечном итоге повысило отказоустойчивость, надежность и безопасность.

Корабль новой модификации «Союз МС» создан в результате глубокой модернизации корабля «Союз ТМА-М». Помимо перечисленных выше изменений на корабле «Союз МС» внедрены:

• аппаратура спутниковой навигации ГЛОНАСС/GPS в состав СУДН и исключена аппаратуры радиоконтроля орбиты;
• современная бортовая радиотехническая система сближения и стыковки «Курс-НА». По сравнению с более ранней версией «Курс-А» она обладает улучшенными массогабаритными характеристиками и позволяет исключить из состава оборудования корабля один тип радиоантенн;
• единая командно-телеметрическая система вместо бортовой командной радиотехнической системы «Квант-В» . Новая командная радиолиния обеспечивает прием сигналов через спутники-ретрансляторы «Луч-5», благодаря чему значительно увеличиваются зоны радиовидимости кораблей – до 70% от длительности витка;
• цифровой передатчик видеосигнала в телевизионную систему «Клест-М» что позволяет обеспечивать обмен цифровой информацией между кораблем и станцией по радиолинии;
• новая схема размещения двигателей причаливания и ориентации (при этом обеспечивается выполнение программы полета при отказе одного из двигателей ДПО или одного топливного коллектора);
• в состав бортовой аппаратуры взамен снимаемого с производства оборудования также вошел новый цифровой блок управления резервным контуром разработки РКК «Энергия», модернизированный блок датчиков угловых скоростей БДУС-3А;
• благодаря применению новых наземных и бортовых радиотехнических систем стало возможным использование современных протоколов передачи информации, в результате чего улучшилась стабильность работы системы управления корабля.