В конце 80-х начале 90-х годов в им. А.Н.Туполева было подготовлено несколько программ по модернизации самолета (проекты Ту-154М-2, Ту- 154МД, Ту-154-100). Ту-154 стал основой для разработки первого в мире самолета, силовая установка которого работает на альтернативных видах топлива – экспериментальный самолет Ту- 155, ведутся проектные и организационные работы по приспособлению части парка под силовую установку, способную работать на сжиженном природном газе – проект Ту- 156.

Известны следующие модификации самолета Ту-154:

– Ту-154 – первая серийная модификация Ту-154. Самолет находился в серийной постройке на КуАЗе с 1968 года до конца 1974 года, всего было выпущено 42 самолета, первая серийная машина взлетела в 1970 году. На 1974 год серийный завод совместно с ОКБ подготовил 16 вариантов компоновок пассажирской кабины, общие решения которых стали стандартными для всех последующих модификаций (туристский вариант на 152 пассажирских места, туристский вариант на 144 места, туристский вариант на 158 мест, туристский вариант на 152 места с дополнительными выходами и специальным оборудованием, смешанный вариант на 126 мест, туристский вариант на 144 места для загранперевозок, туристские варианты на 158 места и 164 места для Болгарии, смешанный на 128 мест для Болгарии, туристский вариант на 158 мест для Венгрии, смешанный вариант на 134 места для Венгрии, смешанный вариант на 124 места для Египта, смешанный на 120 мест с салоном 'люкс' для Египта, туристские варианты на 145 и 151 мест для Египта, вариант 'Салон' Ту-154К для 235 ОАО.

Практически все выпущенные самолеты Ту-154 в конце 70-х годов были переоборудованы в самолеты Ту-154Б. Несколько машин Ту-154 принадлежавших ОКБ и находившихся в ЖЛИ и ДБ использовались как базовые для различных доработок и внедрения новых систем и оборудования (новые двигатели НК-8-2У, АБСУ-154 2 сер, новая логика работы органов управления и механизации и т.д.), став фактически прототипами модификаций Ту-154А и Ту- 154Б. Из выпущенных Ту-154 три были поставлены на экспорт: один в Венгрию, два в Болгарию.

– Ту-154А – серийная модификация Ту-154 с улучшенными летными и эксплуатационными характеристиками, с двигателями НК-8-2У увеличенной до 10500 кг взлетной тягой. Ту-154А выпускались с 1974 года, всего было построено 78 самолетов Ту-154А, в дальнейшем все выпущенные Ту-154А переоборудовали в Ту-154Б.

– Ту-154 Б – наиболее массовая модификация Ту-154. Всего с 1975 года до момента прекращения серийного выпуска в середине 80-х годов было выпущено 486 самолетов в трех вариантах (Ту-154Б, Ту- 154Б-1 и Ту-154Б- 2), отличавшихся в основном компоновочными решениями пассажирского салона и пассажировместимостью. На Ту- 154Б была усилена конструкция элементов планера, увеличена взлетная масса самолета, доработаны многие самолетные системы и оборудование. Проведенные мероприятия по совершенствованию базовой конструкции позволили значительно поднять эффективность Ту-154Б, как элемента транспортной пассажирской системы. Например в варианте Ту- 154Б-1 пассажировместимость довели до 160-169 человек, а для Ту-154Б-2 до 180 мест, переоборудование из одного варианта в другой могло быть осуществлено в условиях авиапредприятий. В начале 80-х годов под стандарт 'Б' переоборудовали практически все ранее выпущенные самолеты ранних модификаций. На экспорт поставлялись самолеты Ту-154Б всех вариантов: Венгрия получила 1 – Ту-154Б и 12 – Ту-154Б- 2; Куба – 5 – Ту-154Б-2; Болгария – 9 – Ту-154Б, 3 – Ту-154Б-1, 4 – Ту-154Б- 2; ЧССР – 2 – Ту-154Б-2; КНДР – 3 – Tv-154B, 1 – Ту-154Б-2; Румыния – 5 – Ту-154Б, 3 – Ту-154Б-1, 4 – Ту-154Б-2. Эксплуатация Ту-154Б продолжается на линиях России и стран СНГ.

– Ту-154Е – проект Ту-154 под два двигателя Д-30А, с уменьшенной массой, габаритами. Проект рассматривался в ОКБ в 1977 году, но дальнейшего развития не получил.

– Ту-154С – 9 самолетов Ту-154 и Ту-154А переделанных в начале 80-х годов в грузовые самолеты – грузовая кабииа вместо пассажирской и большой загрузочный фюзеляжный люк.

– Ту-154Т – проект самолета-заправщика для самолетов Ту-22М Дальней авиации, проект развития не получил. Ту-154 ДРЛО – проект самолета ДРЛО на базе Ту-154 с комплексом 'Шмель', рассматривавшийся по программе создания комплекса ДРЛО Ту-156 в конце 60-х и в начале 70-х годов, развития не получил.

– Ту-154М (первоначальные обозначения проекта Ту-154-160, Ту-160А, Ту-164) – дальнейшее развитие Ту-154 по пути дальнейшего улучшения его эксплуатационных характеристик за счет внедрения новых более экономичных двигателей Д-ЗОКУ-154, улучшений местной аэродинамики агрегатов самолета и планера, а также совершенствования ПНО. Работы по Ту-154М начались в 1977-1978 годах. Прототип самолета с Д-ЗОКУ-154 начал летать в 1980 году. 16 июля 1984 года экипаж, возглавляемый летчиком- испытателем А.И.Талалакиным совершил полет на первой серийной машине Ту-154М, вскоре началось полномасштабное производство новой модификации. На серийных самолетах Ту-154М устанавливались улучшенные двигатели Д-ЗОКУ- 154 2 сер. Компоновка пассажрских салонов самолета выполнялась в следующих вариантах компоновок: в экономическом классе на 176 пассажирских места, в туристском классе на 164 места, который может конвертироваться в условиях эксплуатаци в вариант на 154 места с отдельным салоном 1-го класса на 8 пассажиров (количество мест 1-го класса может быть увеличено до 24-х). Топливная эффективность Ту-154М по сравнению с Ту-154Б удалось улучшить на 10 -20% при дальности полета до 3000 км и на 30-60% при дальности полета свыше 3000 км. Часовая экономия топлива по сравнению с Ту-154Б составляет 1000 кг. На начало 1996 года на серийном заводе в Самаре было построено более 300 самолетов Ту-154М, из них около 100 было поставлено на экспорт.

– Ту-154М-ЛЛ (УЛО) – летающая лаборатория на базе Ту-154М для изучения проблем управления ламинарным отеканием. .

– Ту-154МД – проект модификации Ту-154М с модифицированным ПНК, увеличенной взлетной массой, запасом топлива, улучшенной аэродинамикой крыла, сокращенной пассажировместимостью и доведенной до 6100 км практической дальностью полета с максимальной коммерческой нагрузкой. Проект развития не получил.

– Ту-154-100 серийная модификация Ту-154М, более ограниченная и более дешевая чем Ту-154МД. Освоена в серии в Самаре.

– Ту-154М2 – проект модификации Ту-154М под два двигателя ПС-90А- 154. По данной модификации в ОКБ было проведено предварительное проектирование, проект принят не был.

– Ту-154МЗ – вариант Ту-154М2 с двигателями НК-93.

– Летающие лаборатории по программе ВКС 'Буран' на базе Ту-154. Для тренировки пилотов, испытаний и выбора оптимальной системы автоматической посадки советского воздушно-космического корабля 'Буран' потребовалось создать ряд летающих лабораторий. Для этих целей под программу 'Буран' было переоборудовано пять Ту- 154 различных модификаций, которые активно использовались при тренировках экипажей 'Бурана' и отработке его систем. В дальнейшем была подготовлена лаборатория Ту- 154ЛК-1 на базе Tv-154M по той же программе, с улучшенными характеристиками. В работе находилась лаборатория Ту-154ЛК-2.

– Ту-154М 'Открытое небо' – самолеты Ту-154М переоборудованные по программе 'Открытое небо'. Один из самолетов был переоборудован в ФРГ. Аналогичные работы велись и в ОКБ – Ту-154-ОН.