При доработке конструкции самолета «Электра» был усилен планер, увеличены объемы топливных баков и длина самолета для установки в передней части фюзеляжа поисковой РЛС, в хвостовой части фюзеляжа — штанги с магнитным обнаружителем, нового авиационного оборудования и систем общего назначения В оружейном отсеке могли размещаться мины, глубинные бомбы, торпеды или ядерное оружие. Кроме того, самолет имел 10 подкрыльевых пилонов для подвески различного вооружения. Конструкция исходного варианта самолета Р-3 и последующих модификаций в целом одинакова.
Самолет представляет собой четырехдвигательный моноплан со свободнонесущим низкорасположенным крылом. Крыло кессонное, безопасно повреждаемое, изготовлено с применением алюминиевых сплавов. Элероны, рули направления и высоты имеют бустерное управление, с гидравлическими приводами. Фюзеляж типа полумонокок, круглого сечения, с внешним диаметром 3,45 м. В нижней части фюзеляжа перед крылом расположен оружейный отсек. Шасси трехопорное, каждая стойка оснащена двумя бескамерными пневматиками.
В 1960-х гг. несколько самолетов Р-3А были модифицированы в варианты специального назначения. ЕР-3А с радиоэлектронным оборудованием для ведения электронной разведки (7 самолетов), ЕР-3В усовершенствованный вариант ЕР-3А для ведения радиоэлектронной разведки (2 самолета), WP-3A для разведки погоды (4 самолета). Десять самолетов Р-3А и два самолета ЕР-3В были модифицированы в вариант ЕР-3Е со специальным разведывательным оборудованием, установленным в больших обтекателях в верхней и нижней частях фюзеляжа, а также имели подфюзеляжный обтекатель радиолокационной антенны перед крылом. 12 самолетов Р-3А были модифицированы в учебно-тренировочный вариант ТР-3А для подготовки пилотов без противолодочного вооружения. В качестве транспортных самолетов общего назначения UP-3A использовались 38 самолетов Р-3А (с них убрали все противолодочное вооружение). В ноябре 1978 г. самолеты Р-3А были сняты с вооружения, но продолжают эксплуатироваться в резерве ВМС.
В конце 1965 г. начато серийное производство самолета Р-3В, на котором устанавливались двигатели Аллисон Т56-А-14 мощностью по 4910 л.с., система обнаружения подводных лодок «Делтик» и радиовысотомеры системы предупреждения о близости к поверхности. В 1965–1970 гг. фирма построила 144 самолета Р-3В, из которых 124 поставлены ВМС США, а часть — в Новую Зеландию, Австралию и Норвегию. На конец 1983 г. на вооружении ВМС США состояли 45 самолетов Р-3В и некоторые находились в резерве ВМС.
На самолете Р-3В установлен модифицированный комплект оборудования, который включает усовершенствованную под стандарт MIL-STD-1553А РЛС AN/APS-134 (впоследствии она модифицирована в РЛС AN/APS-137 с синтезированной апертурой, способную классифицировать надводные цели на большой дальности, что создает условия для применения противокорабельной УР «Гарпун»); ИК-систему обнаружения целей AN/AAS-36, которая может управляться с помощью РЛС и способна определять размеры цели; 3 цифровые ЭВМ Контрол Лейте N/AYK-14 с общей емкостью памяти 192К слов, оснащенные шинами передачи данных, соответствующими стандарту MIL-STD-1553A; ИНС Литтон LTN-72; радионавигационную систему Литтон LTN-211 «Омега»; самописец данных Ханиуэлл AN/ASH-33 для послеполетного анализа; кассетный видеомагнитофон ТЕАС V-1000-АВ для записи изображения, получаемого с помощью ИК-системы; быстродействующее печатающее устройство Дейтаметик 4003; магнитный обнаружитель ASQ-10A; вычислитель для обработки акустических сигналов AQA-5, позволяющий обрабатывать сигналы от 16 гидроакустических буев одновременно. На некоторых самолетах Р-3В установлена поисковая РЛС ЕМ1 «Серчуотер», обеспечивающая эффективное применение противокорабельных УР «Гарпун».
Самолет Р-3С создан на основе Р-3В. Первый полет состоялся в сентябре 1968 г. Выпускался в вариантах Р-3С Update I, II, III и IV. Вариант Р-3С Update I оснащался усовершенствованым авиационным электронным оборудованием (начало поставок январь 1975 г.) Вариант Р-3С Update II — поисковой РЛС AN/APS-125, способной обнаруживать истребители и небольшие надводные корабли на дальностях свыше 240 км (до радиолокационного горизонта), системами акустического и ИК-обнаружения и шестью ракетами «воздух-поверхность» «Гарпун» (начало поставок август 1977 г.). Вариант Р-3С Update III оборудовался устройствами обработки акустических сигналов и приемником сигналов с акустических буев, а также усовершенствованным блоком звукового воспроизведения (начало поставок май 1984 г.). Вариант Р-3С Update IV обладал усовершенствованной системой приборов радиоэлектронной разведки, дополнительной РЛС AN/APS-137(V) и датчиками для обнаружения бесшумных подводных лодок.
В навигационно-связное оборудование самолета Р-3С входят две неинерциальные навигационные системы LTN-72, доплеровская навигационная система AN/APN-227, радионавигационные системы ARN «Лоран» А (С) и AN/ARN-118 TACAN, приемники всенаправленного радиомаяка, курсового маяка маркерного радиомаяка, глиссадный приемник АРК ARN-83 и ARA-50, приемопередатчики метрового, дека- и дециметрового диапазонов ARC-101, ARC-161 и ARC-143, оборудование для кодированной связи в дека- и дециметровом диапазонах, ответчик АРХ-72 системы опознавания.
Противолодочное оборудование включает поисковую РЛС APS-115 кругового обзора, два приемника ARR-72 сигналов РГБ, две системы AQA-7 обработки и индикации сигналов РГБ «Дифар», самописец акустических сигналов AQH-4, магнитные обнаружители ASQ-81 и ASA-64, оборудование РЭП ALQ-78, автоматическую панорамную фотокамеру КВ-18А для оценки результатов атаки цели и т. д. Кроме того, на самолетах Р-3С может устанавливаться радиовысотомер APN-194, вычислитель истинной воздушной скорости А/А 24G-9, система автоматического управления полетом ASW-31 и другое оборудование.
В отсеке вооружения Р-3С, который располагается в нижней части фюзеляжа перед крылом, могут размещаться различные варианты вооружения: мины Мк.25 (39, 55, 56) массой 908 кг; 3 мины Мк 36 (52) массой по 454 кг, 3 глубинные бомбы Мк.57 или 8 Мк.54; 8 торпед Мк.43 (44, 46), или 2 глубинные ядерные бомбы Мк.101 и 4 торпеды Мк. 44 (46). На 10 подкрыльевых узлах подвески: на четырех внутренних (два под корневыми частями крыла) — торпеды или мины массой по 908 кг, на шести внешних (по три под каждой консолью крыла) устанавливаются торпеды или мины массой 908, 454 или 227 кг или ракеты (непосредственно на пилонах или в контейнерах).
В состав экипажа самолета Р-3С входят 12 человек: первый летчик (командир экипажа), два вторых летчика, офицер оценки тактической обстановки, штурман, три оператора акустических систем, два бортинженера, оператор вооружения и борттехник.
На самолете Р-3С в 1971 г. были установлены два мировых рекорда в классе самолетов с ТВД, рекорд скорости 806,05 км/ч на высоте 15–25 км и рекорд времени набора высоты 12000 м за 19 мин 42 с. Кроме того, на самолете Р-3С был установлен рекорд дальности 10103 км.
На базе Р-3С компанией «Кавасаки» разработан вариант ЕР-3С для электронной разведки ВМС Японии. Вариант P-3F, оборудованный системой дозаправки в воздухе, поставлялся в конце 1970-х гг. для ВВС Ирана. Самолеты Р-3В под обозначением Р-3К поставлялись в Новую Зеландию, в Норвегию — как P-3N, в Португалию — Р-3Р. Для ВВС Австралии самолеты P-3C4I с акустической системой Барра поставлялись как P-3W. Самолеты Р-3С, оснащенные системой S-3 «Викинг» по программе модернизации «Аргус», с июля 1976 г. поставлялись ВВС Канады для использования в качестве патрульных самолетов большой дальности под обозначением СР-140 «Аврора».
