導彈預警衛星是在人造衛星上天之後，才開始研製的。美國在20世紀60年代初，最先發射預警衛星。這種衛星運行在宇宙之中，不停地盯住在不斷變化的地球。衛星上的紅外探測器，對導彈噴焰特別敏感，它能在千裏之外遙“看”導彈的發射，並把核襲擊的危險信息及時發回地麵防空中心，就可以贏得寶貴的半小時預警時間。
其實，預警衛星發現導彈的原理與地空導彈、空空導彈利用紅外線自動追擊敵機的原理是相似的。
衛星上的紅外探測器，能夠探測出導彈噴出的火焰，這是因為在大自然中，一切物體隻要溫度高於絕對零度（-273℃），都會輻射出肉眼看不見的紅外線。當洲際導彈的發動機燃燒後，由高溫氣體形成的噴焰將產生強大的紅外輻射，衛星上的紅外探測器就能在導彈發射後幾十秒鍾內，向地麵站報警。但是，早期的預警衛星，會把高空雲層反射的太陽光當做導彈尾焰的紅外輻射，而誤認為是一次大規模的核襲擊。美國就發生過這樣的事，令當時的美國驚恐萬分。
為了避免虛驚，人們在預警衛星上同時配上高分辨率遠視鏡頭的電視攝像機，就在紅外探測器探測的導彈噴焰時，立即控製電視攝像機自動地拍攝目標區域的圖像，於是地麵站的電視屏上以每秒1-2幀的速度，顯示出導彈噴焰的運動圖像。根據噴焰在不同高度上的不同形狀，就可判斷是否真有導彈來襲，並可粗略地測出導彈主動段的飛行軌跡。
導彈噴焰輻射的紅外線波長，主要在2.7微米左右，因此，衛星上的紅外探測器多采用硫化鉛探測器陣列。它由約2000個單元器件排列而成，最敏感的波長為2.7微米。當衛星在36000千米高的地球同步軌道上運行時，整修紅外探測器陣可“看”到地球表麵的40%地區。
自1971年以來，美國部署在大西洋上空的4顆地球同步預警衛星，共探測到全世界1000多次導彈發射，其中包括前蘇聯的ss-18、ss-19洲際導彈和ss-n-8潛是導彈的發射。星載紅外探測器在導彈發射後90秒鍾內，就能探測到導彈，並一直跟蹤到導彈發動機熄火為止，所獲信息經過中繼通信衛星轉發，在3分鍾內就可傳送到地麵。
1991年的海灣戰爭中，美國的預警衛星提供了伊拉克“飛毛腿”彈道導彈的發射信息，為“愛國者”導彈攔截“飛毛腿”作出了巨大的貢獻。
巡視千裏的預警衛星，對微乎其微的情況都可以偵察到，及時發現地球上的導彈發射，準確發回敵情，降低突然襲擊的危險性。