第2世代以前のIRH誘導システムを搭載したミサイルでは、近・短波長赤外（N/SWIR）帯域しか検知できなかったことから、原則として、目標のジェット排気口が直接見える後方からしか捕捉することができなかった。しかし、新素材による赤外線センサーを採用した第2世代のIRH誘導システムでは、中波長赤外（MWIR）帯域の検知が可能となったことから、機体の後方に向かって排出されるジェット排気（プルーム）を捕捉することによって、側方からでも捕捉が可能となり、全方位交戦能力（All-Aspect Capability, ALASCA）が実現された。1964年から運用を開始したイギリスのレッドトップも限定的な全方位交戦能力を備えてはいたが、本格的な全方位交戦可能な空対空ミサイルの先がけとなったのは、アメリカのAIM-9Lで、これは1978年から生産を開始した。また、ソビエト連邦でも、1982年から運用開始したR-60Mで全方位交戦能力を獲得した。AIM-9Lは、フォークランド紛争にて、イギリス海軍艦隊航空隊のシーハリアーFRS.1に搭載されて実戦投入された。このとき、アルゼンチン軍は、第2世代のIRH誘導システムを搭載したR.550 マジックを使用していたことから、全方位交戦能力を備えていなかった。このことから、交戦可能域という点でイギリス海軍が優位であり、AIM-9Lは、86%という極めて高い命中率を記録している。イギリス軍は、この戦争を通じて航空優勢を獲得していたが、AIM-9Lの全方位交戦能力は、これに大きく貢献した。
空対空ミサイルが初めて実戦で発射され、撃墜を記録したのは、第2次台湾海峡危機のさなか、1958年9月24日金門馬祖周辺の台湾海峡において、中華人民共和国（中国人民解放軍空軍）と台湾（中華民国空軍）との交戦とされている。この戦闘において、台湾空軍はアメリカから供与されたAIM-9B サイドワインダーを装備したF-86F戦闘機をもって人民解放軍のMiG-17F（またはJ-5）と交戦、11機を撃墜した。
終末誘導は「ミサイル搭載シーカーが目標を捕らえて（Lock-on）から後」の最終段階の誘導を指す。終末誘導は赤外線ホーミング（IRH）、セミアクティブ・レーダー・ホーミング（SARH）、アクティブ・レーダー・ホーミング（ARH）の三種類がある。空対空ミサイルとして、普及が進んだ順はIRH-SARH-ARHの順になり、このうち、IRHとARHはファイア・アンド・フォーゲット性能を備えている。一般的に、レーダー誘導（SARH・ARH）のほうが、赤外線誘導のミサイルよりも射程が長い。これは、電波のほうが赤外線よりも大気圏内での透過性が高いためである。このことから、旧西側諸国においては、視程外射程のミサイルにはレーダー誘導を、視程内射程のミサイルには赤外線誘導を採用していることが多い。一方、旧東側諸国においては、標的の回避を困難にして命中確率を向上させるために、電波誘導と赤外線誘導の2種2発のミサイルを同時に発射する戦法をとる。その戦術を実現するために、1つの基本型のミサイルが赤外線誘導型と電波誘導型の2つの派生型を持つものがある。視程外射程で赤外線誘導を採用する場合は、中間誘導として指令誘導が併用されている。
中間誘導は「ミサイルが発射されてからミサイル搭載シーカーが目標を捕らえる（Lock-on）まで」の中間段階の誘導。慣性誘導と指令誘導がある。慣性誘導は指令した座標に移動するようにミサイル自身のジャイロと加速度計で誘導することである。指令誘導とは、移動する目標を母機などのレーダーなどで追尾し、ミサイルに進行方向の指令を送って、最終的にミサイル搭載シーカーが目標を検知するところまでミサイルを誘導させる方法である。慣性誘導に比較し、目標位置のアップデートがあるので命中率は高まるが母機などが誘導指令を発し続ける必要がある。ミサイルによっては中間誘導を採用せず、終末誘導のみの誘導方式を持っているものもある。
航空機同士の制空戦闘などでの使用が中心となり、短時間で高速度まで加速できる能力が要るためロケットエンジンが採用され、また、多くが小型で多数運用時での保守の手間やコストも考慮されて固体燃料ロケットが多い。近年では射程を延ばすためロケットエンジンに加え、ラムジェットエンジンを装備するものも開発されている。姿勢制御翼によって飛翔方向を制御するものが多いが、推力偏向方式を取り入れたものもある。
長い円筒形をした本体形状に加え、前後中央の内の2箇所に4枚程の安定翼や姿勢制御翼をそなえているものが多い。本体は前から、シーカーを含む誘導部、弾頭部、固体ロケットエンジンなどの推進部で構成される。空対空ミサイルの多くが戦闘機から発射され、敵航空機の撃墜によって航空優勢を得るために使用されるが、攻撃機や攻撃ヘリコプターのような航空機でも自衛的な目的など必要に応じて武装に加えられる。固定翼航空機では主翼下や主翼端、胴体下や胴体内部に搭載される。第二次世界大戦中頃から開発が始まり、1960年代頃から本格的に用いられるようになった。成功した空対空ミサイルは地上発射機や海上艦艇に載せられ、比較的短射程の地対空ミサイルや艦対空ミサイルとして使用されるものもいくつかある。
オランダのハーグに生まれた。父親はナポレオン戦争時にイギリスに移住して帰国した裕福な商人で、母はオランダの副提督の娘であった。家庭教師から教育を受け、ピアノの演奏に長じた。10歳の時、父親が死んで、アレキサンドリーヌはオランダで最も多額の遺産を受け取ることになった。母親とノルウェー、イタリア、中東からエジプトに旅行した。エジプトでは科学探検隊に合流し、ナイル川を遡上した。当時発明された写真術を覚えた。1861年に再びヨーロッパを後にし、1862年1月9日から、母親と叔母とともに300人の隊員と100頭のラクダを組織して、ナイル川をさかのぼる探検を開始した。ハルツームから白ナイルを遡り、その地域を探検した。2人の科学者、テオドール・フォン・ホイグリン（Theodor von Heuglin）とヘルマン・シュトイドナー（Hermann Steudner）が1863年2月に合流し、スーダンのバハル·エル·ガザルの未踏地の探検を行った。探検隊は熱病に苦しめられ、1864年4月にシュトイドナーが死に、6月に母親が死んだ。7月にハルツームに帰還した後、叔母も死んだ。この探検の地理学的、科学的記録はホイグリンが1865年のDie Tinnésche Expedition im westlichen Nilgebietと1869年の das Gebiet des Weissen Nilsとして発表した。 この時採集された植物には、24の新種が含まれ、Plantes Tinnaennesに記載された。その後4年間は、カイロでオリエンタル・スタイルで暮らし、アルジェリア、チュニジアや中東地域に旅した。1869年1月、アレキサンドリーヌは隊商とトリポリからチャド湖に旅し、Murzuqでサハラ砂漠横断を計画していたドイツ人グスタフ・ナハティガルに出会い、サハラ砂漠の横断を試みたが、サハラ砂漠でトゥアレグ族に惨殺された。