火箭發動機燃燒固體推進劑，產生從導彈後麵噴出的高壓氣流（該發動機使用專用低煙推進劑來幫助隱藏導彈，防止敵人發現）。這為導彈從發射裝置中射出提供了必要的初始推力，推動導彈在空中以超音速飛行（最新型號導彈的飛行速度大約為2.5馬赫）。推進劑燃盡之後，導彈就依靠慣性向目標滑行。
四個尾翼提供必要的升力保持導彈飛行，每個尾翼上都配備了名為滾轉安定翼的簡單穩定裝置。基本上，滾轉安定翼是帶有凹口的齒狀金屬輪。導彈在空中高速飛行時，氣流會使滾轉安定翼像風車一樣旋轉。
這個原理就像旋轉的陀螺會保持穩定一樣。
當導彈在飛行中時，它需要導引頭的指引，不然就會像個沒頭蒼蠅一樣亂飛（蒼蠅的腦袋如同導彈的製導係統一樣）。它有一排傳感器，當暴露在發熱物體發出的紅外線下時，會產生電信號。因此它隻能根據“很熱”和“不很熱”的情況探測物體，紅外線係統比可見光探測係統（如普通攝像機）更簡單。
另外，紅外線導引頭不需要外部光源，因此它們在白天或黑夜都能很好地工作。
通過導引頭糾正導彈的飛行軌跡，導彈就會緊追目標不放。那麼，導彈是怎樣破壞掉飛機的呢？
“響尾蛇”導彈並沒有設計成在實際擊中目標時進行引爆，而是設計成在與目標非常接近時開始引爆，這樣提高了命中率。導彈控製係統采用獨創性的光學目標探測器來計算進入射程範圍的時間。
這些探測器不斷地向周圍發出激光，當激光遇到飛機機體時發生反射，探測器就能感應到。控製係統確認導彈正好接近目標後就會引爆彈頭。
最新式的“響尾蛇”導彈及其代替者AIM-9X攜帶著重量為9千克的WDU-17/B彈頭。WDU-17/B包括殼體組件、大量PBXN-3高爆速炸藥、增壓板、起爆裝置和大約200根鈦質爆炸碎片棒。
當目標探測器探測到敵機時，它會激活引信裝置，通過起爆裝置（由低爆速炸藥製成的導火線）將爆炸衝量發送到增壓板。來自起爆裝置的爆炸衝量會點燃增壓板管道中的低爆速炸藥，低爆速炸藥再點燃高爆速炸藥周圍的爆炸性彈丸。然後，這些彈丸點燃高爆速炸藥，使它短時間內釋放出大量熱能。
氣體膨脹產生的強大爆炸力向外炸開鈦質爆炸棒，將爆炸棒炸碎後形成幾千塊金屬碎片，所有碎片以極大速度呼嘯著穿過空氣。如果彈頭在目標範圍內爆炸，高速鈦質碎片將炸碎敵機機身。有時候，導彈可能會直接插入敵機的排氣管，從內部粉碎敵機。
WDU-17/B又被稱為環狀爆炸碎片彈頭，因為爆炸力會將金屬碎片向所有方向以環狀形式傳播。
“響尾蛇”導彈最早在1953年就研製成功，1955年裝備美國空軍。到現在為止，“響尾蛇”導彈一共發展了三代12型，一共生產了超過10萬枚，裝備了超過20個國家的空軍，英國、法國、德國、意大利、加拿大、荷蘭等都是“響尾蛇”的客戶。
第三代“響尾蛇”導彈，就是AIM-9M係列導彈，它能夠自動追蹤目標，具有發射後不管的能力。這一種導彈的探測距離和靈敏度有很大提高，其炸點精確度也得到提升。AIM-9M係列導彈還具有近距離格鬥的能力，是一種全方向、全高度、全天候作戰的導彈。
“響尾蛇”導彈的戰鬥經驗是十分豐富的。但是在越南戰爭期間，美軍所用的“響尾蛇”還是很不成熟的，在總共發射的100枚導彈中，隻有10枚命中了目標。
在1981年，美國空軍的兩架F-14雄貓戰鬥機發射了兩枚“超級響尾蛇”導彈，1分鍾內擊落兩架利比亞蘇-22戰機。
在馬島戰爭中，英國皇家空軍發射了新型的美製“超級響尾蛇”AIM-9L型空對空導彈，擊落了阿根廷空軍飛機24架。在同年黎巴嫩的貝卡穀地空戰中，以色列空軍用F-16戰鬥機擊落敘利亞飛機44架，其中半數也是被AIM-9L擊落。因此可以說，“響尾蛇”空對空導彈的戰績是十分顯赫的。
為了保住空戰優勢，美空軍決定開發具有偏離軸線性能的格鬥導彈，改進“響尾蛇”。第4代“響尾蛇”AIM-9X在21世紀之初問世。在長達半個世紀的服役期後，未來許多年內“響尾蛇”導彈仍然會在世界主流導彈係統中占有一席之地。
AIM-9X采用先進的自動駕駛儀飛行控製係統，具有很高的機動控製能力。AIM-9X彈身細長，達3米，彈徑0.127米，重85千克。其隻有4個很小的矩形尾翼，空氣阻力幾乎減少了一半，馬赫數超過3，速度更快。
AIM-9X采用的新一代紅外線導引頭，具有在晴空下更高的目標辨識能力，能清楚分辨是人工熱源還是自然熱源。AIM-9X在飛向目標過程中還具有抗幹擾能力。它已具有很好的偏離軸線射擊能力，換句話說就是目標不用在導彈的正前方，還能選擇不同角度甚至還能向後方向攻擊。因此，飛行員能選擇更佳機會攻擊目標。以前各個型號的“響尾蛇”隻能在20度角的範圍內尋找目標，而AIM-9X可以在90度角的範圍內尋找目標，能防禦敵機從尾後進行的偷襲。
美軍方稱，美軍現役的F-15C、F-16C、F/A-22和F/A-18C/D/E/F係列戰機都要裝設LAU-12X或LAU-7發射架。飛行員配發與AIM-9X“響尾蛇”導彈配套的頭盔，以具備發射AIM-9X“響尾蛇”導彈的能力。具有這種能力可使飛行員獲得空戰優勢，也使飛行員的戰鬥能力有“質的飛躍”。