電子系統方面,不萊梅級採用一具荷蘭Signnal的DA-08 2D對空/平面搜索雷達,此外在艦橋後方前桅頂則設有一具Signnal的WM-25 I/J頻追蹤/射控雷達系統,此系統擁有一個共用發射機的搜索/追蹤天線組(CAS),兩者位於一個球形保護罩內;搜索雷達天線轉速高達60轉/分,能同時精確追蹤數個近程空中目標 ,並將優先接戰的目標交給追蹤雷達負責持續鎖定,而搜索雷達亦可進行海麻雀防空飛彈的照射;此外,WM-25還整合兩具Signnal的STIR 180照明雷達。本級艦的作戰系統為SATIR,以美國軍規UYK-43主電腦做為核心,軟體則由STN ATLAS Elektronik提供。SATIR與艦上各通訊、感測與武器系統整合,負責的機能包括導航、通訊、目標獲得與武器導控等,中央電腦接收感測器獲得的目標資料並加以計算,排定目標優先順序並自動指揮武器接戰,具有多目標搜尋/追蹤能力 。SATIR也整合有美國的SYS-1(V)1整合式自動目標追蹤系統(IADT),能整合艦上所有的雷達的資訊,自動編輯成目標態勢檔案。在1996年中,德國海軍對本級艦的戰鬥系統進行升級,SYS-1加裝了使用Motorola 68040處理器的追蹤管理系統(TMS,詳見派里級飛彈巡防艦一文),稱為SYS-1現場改裝方案(Field Change 1),使其效能大幅增加,而德國海軍先前購自美國的呂特宴斯級飛彈驅逐艦也進行了相同的升級。本級艦的電戰系統包括戴姆勒.克萊斯勒航太(Daimler Chrysler Aerospace,DASA,現為EADS Systems & Defence Electronics)的FL-1800S/2電子戰系統以及美製MK-36 SRBOC干擾彈發射器,此外還有一套美製AN/SLQ-25魚雷反制系統。武裝方面,不萊梅級的反水面武器包括艦首一門OTO 76mm快砲、兩舷各一的Mark-20 Rh202 Rheinmetal 20mm機砲以及艦身中段的八枚魚叉反艦飛彈,防空則仰賴艦橋前方一具美製MK-29海麻雀防空飛彈發射器,全艦備彈16枚,主要由兩具Signnal STIR-180照明雷達進行導控,必要時WM-25的搜索/追蹤天線組亦可提供一個有效距離較短的照射頻道。反潛方面,本級艦艦首設有一具STN Atlas Elektronik DSQS-21主/被動聲納 ,以電腦系統加以控制,利用程式化控制的聲納波形進行搜索、測距與定位。DSQS-21聲納的操作模式分為主動、被動與攔截三種,主動模式又稱為目標自動追蹤(ATT),能發出主動聲納波追蹤目標,並隨時掌握目標的方位、距離與速度,被動模式則為純粹的聽音;至於攔截模式則是被動模式的一種,專門針對10Hz以下的低頻訊號進行監聽。反潛武器面,兩舷各有一組雙聯裝MK-32 Mod9隱藏式魚雷發射器,艦上儲存八枚美製MK-46或AlliantTechsystems(ATK)生產的DM.4輕型魚雷,艦尾設有兩個機庫,可搭載兩架英製大山貓(Lynx)反潛直昇機,該機配備AQS-18D吊放式聲納,可搭載兩枚Mk-46或DM.4魚雷。本級艦的機庫配置相關的工具,能對艦上直昇機進行維修作業,而直昇機甲板的大小與強度則能承受一架海王式之類的大型反潛直昇機 ;為了配合大山貓反潛直昇機的起降,起降區設有一個魚叉直昇機輔助降落裝置的金屬網孔。
進入1990年代後,德國海軍對本級艦展開改良,首先在機庫上方加裝兩具美、德合作的新型MK-49公羊(RAM)短程反飛彈飛彈發射器,接著以DASA(後併入EADS,2014年1月成為空中巴士防衛航太,Airbus Defence and Space )的TRS-3D/32 3D對空搜索雷達取代DA-08。TRS-3D系列是一種G頻多波束雷達,具有對空與對海面搜索與追蹤能力(主要工作是監視低空空域),並整合了能自動辨識艦艇或航空器的MSSR-2000 I識別系統,最大偵測距離約200km,最多能同時追蹤400個目標;F-122使用的TRS-3D/32是TRS-3D雷達中較大的版本,天線陣面由32條線性陣列構成(另一種TRS-3D/16則只有16條陣列),而F-122使用的TRS-3D/32採用機械穩定方式彌補船艦縱向與橫向搖動;TRS-3D之後還有推出電子式穩定(ES)的版本,以電子方式調整波束抵銷艦體搖晃,天線旋轉機構 就可以簡化,降低體積重量並增加可靠度。TRS-3D採用先進的信號處理技術,在惡劣的雷達背景環境條件下仍能有效搜索低空飛行或慢速移動目標(如直昇機)。