Oznaczenia tych samolotów obejmowały kombinacje oznaczeń przenoszonych pocisków: Tu-16KSR-2, -11 lub -5 lub kompleksów rakietowych: Tu-16K-16, -11 lub -26 (informacje o zasadach stosowania oznaczeń K lub KSR do konkretnych samolotów w dostępnych publikacjach są rozbieżne). Modyfikacją Tu-16K-10 łączącą obie linie rozwojowe był Tu-16K-10-26, przenoszący zarówno pocisk K-10 pod kadłubem, jak i KSR-5 pod skrzydłami.
Trzecią grupą wersji były wersje rozpoznawcze, do prowadzenia rozpoznania fotograficznego i radioelektronicznego, głównie używane jako samoloty rozpoznawcze morskie do wykrywania okrętów i naprowadzania na nie pocisków wystrzelonych z samolotów pozostających w bezpiecznej odległości. Podstawową wersją rozpoznawczą był Tu-16R, następnie modernizowany do wersji Tu-16RM-2. Odrębną wersją były Tu-16RM-1, przebudowane z nosicieli pocisków Tu-16K-10, z charakterystycznym radarem w nosie kadłuba. Licznymi wersjami były samoloty walki radioelektronicznej (WRE), budowane w wielu wariantach (Tu-16SPS, Tu-16 „Jołka”, Tu-16Je, Tu-16P), poddawanych następnie modernizacjom i zmianom wyposażenia.