Оснащение надводных кораблей и подводных лодок противокорабельными крылатыми ракетами большой дальности потребовало создания авиационных средств загоризонтного целеуказания и наведения, размещенных на борту самолета. Ту-95, обладающий большой продолжительностью полета и грузоподъемностью, явился удобной платформой для размещения подобных комплексов. В 1962 г. начались испытания самолета Ту-95РЦ — разведчика-целеуказателя, предназначенного для взаимодействия с кораблями и оснащенного мощной РЛС кругового обзора, антенна которой смонтирована в подфюзеляжном обтекателе.

В 1964 г. Ту-95РЦ был принят на вооружение и начал выпускаться серийно. В дальнейшем на базе этой машины было создано семейство противолодочных самолетов и самолетов-ретрансляторов Ту-142, серийно строящихся на Таганрогском авиазаводе.

Продолжались работы по совершенствованию ракетоносных вариантов самолета Ту-95. В начале 1970-х гг. был создан самолет ТУ-95М-5 «Волга» с двумя сверхзвуковыми УР КСР-5 на подкрыльевых узлах подвески (самолет на вооружение не поступал). Новым шагом в совершенствовании авиационного ракетного вооружения явилось создание в нашей стране малогабаритных стратегических крылатых ракет большой дальности с высокоэкономичными ТРДД -аналогов американских ракет ALCM и «Томагавк». Для доставки к цели этого перспективного оружия на базе самолетов Ту-95К-22 и Ту-142МК был создан в 1979 г. стратегический ракетоносец нового поколения — Ту-95МС, принятый на вооружение дальней авиации в 1981 г. и начавший поступать в строевые части в 1984 г. От противолодочного самолета Ту-95МС заимствовал, в частности, крыло со встроенными топливными баками, кабину экипажа, оборонительное вооружение и створки бомбо-люка. В состав вооружения бомбардировщика включили шесть КР на внутрифюзеляжной барабанной пусковой установке. Кроме того, десять или восемь ракет могут размещаться на четырех подкрыльевых держателях.

Ту-95 применялся в роли самолетов — носителей различных летательных аппаратов (чему способствовала удачная компоновка этой машины). Так, Ту-95К выступал в роли носителя аналога воздушно-космического самолета ЭПОС (экспериментальный пилотируемый орбитальный самолет), представлявшего собой орбитальный корабль двухступенчатой воздушно-космической системы «Спираль». Летные испытания проводил Герой Советского Союза, заслуженный летчик-испытатель СССР А.Г. Фастовец. Подвеска аналога (небольшого дозвукового самолета «105.11» с несущим корпусом) под фюзеляжем Ту-95К была полувнешней. «105.11» частично размещался в фюзеляже бомбардировщика так, что его кабина до половины остекления уходила за обрез бомбоотсека, с которого были сняты створки, а воздухозаборник двигателя РД-36К оказывался полностью скрытым внутри самолета-носителя. Вначале в полетах без отцепки проверялись возможности только выпуска аналога в воздушный поток на специально удлиненных держателях и включение в таком положении его двигателя. 27 октября 1977 г. состоялся первый успешный полет с отцепкой аналога на высоте 5000 м. В дальнейшем программа «Спираль» была прекращена, однако ее результаты были использованы при создании ВКС «Буран».

Ту-95 широко привлекались также для отработки перспективных силовых установок (под летающей лабораторией можно было подвесить турбореактивный двигатель любого типа или даже фюзеляж небольшого самолета).