Работы ЭМЗ по "Теме 20", направленной на создание проекта перспективного многоцелевого самолета-ракетоносца, были начаты в 1967 году (этап исследовательских работ) и официально оформлены в соответствии с Указанием МАП от 28 февраля 1968 года (начало проектных проработок). 
При проектировании предусматривалась возможность использования разрабатываемого самолета в трех вариантах: 
- ударно-разведывательный вариант с ракетно-бомбовым вооружением; 
- самолет для борьбы с трансокеанскими воздушными перевозками (уничтожение транспортных самолетов и самолетов ДРЛО); 
- дальний противолодочный самолет для действий на удалении 5000-5500 км от места базирования. 

Тяжелый бомбардировщик разрабатывался по требованиям ВВС к сверхзвуковому высотному тяжелому бомбардировщику, представленным в 1967 году, в нескольких компоновочных схемах с использованием передовых технических решений. На бомбардировщике планировалось использовать двухконтурные двигатели ОКБ КМЗ "Труд" главного конструктора Н.Д.Кузнецова. Конструкторским бюро выпускались I, II, III, IV варианты проекта бомбардировщика: 
- М-20 вариант I - на основе компоновочных схем М-20-1, М-20-2, М-20-5, М-20-6. Расчетная взлетная масса самолетов данного варианта была около 150000 кг; 
- М-20 вариант II - на основе компоновочных схем М-20-7, М-20-9 (самолет с системой обеспечения ламинарного обтекания крыла), М-20-10, М-20-11, М-20-12, М-20-14, М-20-15. 
- М-20 вариант III - на основе компоновочных схем М-20-16, М-20-17, М-20-18, М-20-19, М-20-21 
- М-20 вариант IV - на основе компоновочных схем М-20-22, М-20-23 с крылом изменяемой геометрии, М-20-24 с системой контроля за обтеканием крыла. Взлетная масса самолетов данного варианта - 300000-325000 кг, с применением подвесных топливных баков расчетная взлетная масса доходила до 345000 кг. 

Работы по тяжелому стратегическому бомбардировщику М-20 не вышли из проектной стадии, но послужили основой для последующих работ конструкторского бюро. Работы ЭМЗ по сверхзвуковому многорежимному самолету с крылом изменяемой стреловидности были продолжены в рамках проекта М-18 и велись по требованиям ВВС к тяжелому стратегическому бомбардировщику. Новый тяжелый бомбардировщик разрабатывался на базе проекта самолета М-20 вариант IV. 

Технические характеристики М-20