Le missile AIM-120 AMRAAM est un missile air-air à portée au delà de l'horizon(BVR). Il s’agit d’une arme de tir et oubli, contrairement aux missiles AIM-7 Sparrow de la génération précédente qui nécessitaient un guidage radar constant par l'avion tireur.

Le missile est de type « tire et oublie », ce qui signifie qu'une fois le missile tiré, il est totalement autonome. Lors du tir, le système d'arme de l'avion transmet au missile les coordonnées de la cible. Ces coordonnées proviennent généralement du radar du lanceur, mais peuvent également être fournies par un système de détection infrarouge (IRST), d'un autre avion équipé d'une liaison de données, voire d'un AWACS. Le missile calcule alors une trajectoire d'interception, et se dirige vers le point d'impact grâce à un guidage inertiel (INS). Cependant si l'avion tireur continue à illuminer la cible à l'aide de son radar, la trajectoire du missile est mise à jour continuellement. 

Une fois la cible arrivée à portée de son radar, le missile passe en guidage actif, trouve la cible et se verrouille dessus. 
Si le missile est tiré a courte portée, il passe directement en mode actif et est donc très efficace.

Outre le mode asservi au radar, il existe un mode de guidage libre. Ce mode est sans guidage radar par avion-hôte — le missile tire et se verrouille sur la première chose qu’il voit. Ce mode peut être utilisé pour les tirs défensifs.

La version D dispose d'une électronique améliorée agrandissant son enveloppe de tir, d'une double liaison de donnée et d'un recalage du GPS en cours de vol.