W stosunku do poprzedniej wersji, oprócz wprowadzenia pocisków rakietowych, zastosowano m.in. chłodzenie wodne luf i czterokrotnie powiększono ilość amunicji, do 200 na lufę. Amunicja znajduje się w dużych zewnętrznych skrzynkach z przodu wieży armaty, po obu stronach luf. Górna część wieży, mieszczącej stanowisko operatora, wykonana jest z przezroczystego tworzywa sztucznego, przy czym kształt osłony różni się nieco od ZU-23-2M. Podobnie, jak w poprzedniej wersji, napędy kierunku i podniesienia są hydrauliczne (pod koniec I dekady XXI w. opracowano prototyp wersji ZU-23-2MRE z napędami elektrycznymi, przystosowanymi do współpracy z systemem kierowania ogniem). W 2001 roku zmodyfikowano system chłodzenia luf. Słabością zestawu są pociski Strzała-2M, które nie są już obecnie skutecznym środkiem walki, a najskuteczniejsze są, z uwagi na metodę samonaprowadzania na podczerwień, strzelając do celu już oddalającego się po ewentualnym ataku.
Pomimo wycofania z eksploatacji pocisków Strzała, zestawu nie zintegrowano z nowszymi pociskami Grom.