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空对空飞弹泛指所有装置在空中飞行的载具上面，攻击其他的空中目标的飞弹。
最早的空对空飞弹是由德国在二战末期研发出来的 Henschel Hs 117 Schmetterling，用以对付盟军的轰炸机[1] 群，企图重新夺取制空权，但未及投入实战。二次大战之后，空对空飞弹的研发也在各国逐渐发酵，当时研发的主要目的都是要对付携带原子弹的战略轰炸机。
空对空飞弹的区分
空对空飞弹的分类方式有很多种：
射程
以射程的长短加以区分为短程，中程与长程飞弹。然而在射程的定义上并不严谨。一般说来，射程在20公里以下的算是短程，介于20公里到100公里的算是中程，以上的是长程，各家的说法不一，没有统一的定义。
导引讯号
空对空飞弹的导引讯号有两大类，分别是红外线与无线电，现在无线电讯号在空对空飞弹上面所指是由雷达所发射出来的导引讯号，但空对空导弹发展初期曾经有无线电遥控导引，现在基本上已被淘汰。
导引方式
第二次世界大战末期的导引构想包括无线电遥控与有线导引，然而这两种方式在面对护航战斗机的压迫下，即使是对付运动力不佳的轰炸机也相当困难。二战之后则有雷达乘波导引受到短暂的使用，包括苏联的AA-1飞弹。乘波导引在面对远距离目标上有摽定不够精确和讯号衰减的问题，对付高运动性目标上要迟锁定非常困难，因此很快的退出空对空飞弹的领域。
目前空对空飞弹的导引方式分为三大类：主动雷达导引，半主动雷达导引，以及被动导引，其中被动导引又分成被动雷达导引和红外线导引两种。
空对空飞弹的基本架构
空对空飞弹基本上都有下面的数个部分：
导引部分
除了采用乘波导引以外的空对空飞弹，都需要接收来自于目标的讯号，譬如说半主动导引接收反射自目标的雷达讯号，红外线导引接收自目标发射的红外线讯号，为了取得最佳的接收效果，付负责接收讯号的导引部分都集中在飞弹的前端。
弹头部份
弹头是实际上对目标产生主要杀伤力的部分。除了早期少数的特例以外，目前服役中的空对空飞弹都是采用传统炸药，由于空对空飞弹的重量限制较为严格，弹头重量较低，在设计上多配合可以产生高速物体的结构或者是附加物，增加在爆炸时利用这些物体产生的破片对目标的摧毁能力。
较为常见的弹头设计包括使用连续杆或者是钢珠的搭配。连续杆类似活页门或是扇子，弹头引爆的时候会张开，以高速撞击目标达到杀伤的效果。
引爆弹头的引信是不可或缺的重要角色，因为引信必须要恰当的时间启动，过早会降低能量与破片的传递，让目标得以逃过被击落的下场，过晚可能错过目标而无法达到效果。现役飞弹多具备接触与近发两种引信。前者在与物体碰撞下才会启动弹头的炸药，后者则是借由发射的讯号来判断目前飞弹与目标之间的距离，然后在预设的距离和角度以内引爆。美国的AIM-4飞弹曾经因为只有接触引信而饱受批评。
近发引信采用的讯号包括红外线、雷射与无线电。目前的发展趋势除了强调引信的可靠度之外，还加入判断目标与飞弹相对位置的能力，在引爆的阶段集中能量与破片在目标的方向上，进一步强化弹头的效果。