МиГ-21ПФМ е развитие на МиГ-21ПФ. Увеличена е площта на вертикалното оперение, чрез увеличаване на ширината му. Спирачният парашут, който вече може да се пуска още във въздуха,преди опиране на пистата, е изнесен от контейнера под тялото и е поставен в обтекаем капковиден контейнер в основата на вертикалното оперение. Остъклението на пилотската кабина е променено. Тъй като е поставено ново катапултируемо кресло КМ-1, имащо ракетен двигател с твърдо гориво, позволяващо катапултиране от земята при скорост 115 km/h, заключването на капака на кабината към седалката е премахнато. При МиГ-21ПФМ козирката е неподвижна и се състои от три части - челна и две странични стъкла. Самият капак е отделен от неподвижната козирка пред пилота и се отваря около шарнири на десния борд. Това е направено поради дадените жертви при катапултиране, в следствие недостига на време за разпадане на капсулата "седалка-капак" и отваряне на парашута. Най-съществената новост е системата СПС (сдув пограничного слоя), която позволява издухване на завихрянията от повърхността на клапите задкрилки със сгъстен въздух, взиман от компресора на реактивния двигател при кацане. Тази система намалява скоростта на кацане на самолета от 330 km/h на 280 km/h, което е извънредно важно в много отношения.

Въоръжение: Вместо допълнителен горивен резервоар, на подфюзелажния пилон е възможно окачването на контейнер ГП-9, с едно двуцевно 23-mm оръдие ГШ-23Л с боекомплект от 200 снаряда.Оборудван е с по един пилон на всяко полукрило, на които могат да бъдат поставяни пускови устройства (АПУ) за самонасочващи се ракети "въздух-въздух" Р-3С (К-13) или блокове с по 16 НУРС тип С-5, с калибър 57 mm