据英国BAE公司统计，1973年至2006年间，世界各国共在战斗中损失战机648架，其中近半数（49%）的战机是被红外制导导弹击落的。作为红外制导导弹最核心的零部件，红外导引头的好坏直接决定了红外制导导弹的性能。甚至于红外制导导弹的四代划代背后，也是红外导引头的跨代发展。那么，红外导引头具体是怎么工作的呢？
红外导引头，顾名思义是以目标发射出的红外线作为信息来源，向导弹提供目标方位的制导机构。用最通俗易懂的方式说，就像人眼可以通过物体反射的可见光进行成像一样。但我们知道，人眼需要通过晶状体聚焦，在视网膜上成像，再由视网膜上的视锥细胞把光信号转化为神经冲动传递给我们的大脑。导弹的红外导引头同理，也需要通过一系列复杂的手段把目标的红外信号转化为电信号。
具体来说，红外导引头首先要通过光学手段对视场内的红外射线进行聚焦。这一般是通过两次光反射实现的。红外信号首先通过导引头前方的整流罩打在导引头后方的主反射镜上发生反射，射入导引头前方的次反射镜上发生第二次反射。次反射镜通常为凹面设计，可以将入射的光学信号汇聚在一个相对较小的区域内，便于导引头中的红外信号探测器对红外信号进行捕捉。
可探测器通常不具备感知信号方位的能力，仅能通过改变自身的某些特性（如电阻等）来让其他仪器检测到自己是否接收到了红外信号和接收到红外信号的强度。而作为一个用于引导导弹的导引头，输出目标的方位信息又是必须的。要解决这个问题，只有两种方法，一是用大量信号探测器组成阵列。这不仅可以通过阵列不同位置上的探测器检测到的信号强弱检测红外信号的方位，甚至还能用来进行红外成像。但这就要求探测器的尺寸和重量非常小，能够在相对有限的空间内大量集成。而对于早期的红外探测技术来说，这几乎是不可能的。
因此，早期的红外导引头均采用了另一种方法——使用调制盘进行机械模拟（当然，调制盘还有空间滤波的作用）。最简单的调制盘为旭日型调制盘，由美国人率先发明。这一设备简单来说就是一个由透光、不透光、半透光三种不同类型的模块组成的圆形平面透镜。这个圆形透镜分为两个半圆，一个半圆为半透光，另一个半圆由很多大小相同的透光和不透光镜片交叉排列而成。
在使用时，调制盘以一定的速度进行旋转，此时，调制盘上所有点的角速度均相同，但越靠近圆盘外侧的点线速度越大。因此，打在调制盘某一点上的点光源强度就会因调制盘的旋转而产生周期性的变化。而探测器只需要感应到红外信号的变化频率，就可以通过调制盘的旋转速度推算出其入射方向与调制盘轴线的夹角，也就是目标信号的入射角度。
如果调制盘仅有透光和不透光两种模块的话，那么我们只能通过上述方法得到目标信号入射方向与导引头轴线的夹角，由这个信息逆推出来的目标方向实际上是一个锥形。因此，才需要一个半圆形的半透明区域对调制盘的“上”和“下”进行区分，这样一来，只要探测器能够准确探测到强度仅为信号最强时一半的信号出现的时间，就可以通过当时调制盘的旋转状态推算出目标的确切方向。
但这种被称为调幅式调制盘还有一个很严重的问题——日芒型半圆只有计算入射信号圆锥角的能力而没有在圆锥上分辨入射点的能力，半透明半圆只有在圆锥上分辨入射点的能力而没有计算圆锥角的能力。因此这种导引头的两种计算之间存在时间上的偏差，追踪灵敏度很差。为了解决这一问题，美军又在AIM-9L空空导弹上引入了调频式调制盘。
这种调制盘的结构很简单，只有透明和不透明的扇形组成。在安装时，调制盘的圆心会与次反射镜的圆心偏离（绕轴做平移旋转或不转让次镜圆锥旋转），这样一来，即使目标入射点不移动，探测器接收到的红外信号的变化频率也会发生周期性的变化。只要解算出这个变化函数，就可以直接确定红外信号的入射方向与导引头轴线的确切位置关系。
从上世纪50年代末诞生至今，空空导弹的红外导引头总共发展了四代，其中的前三代都遵循了上面的设计原理。区别只在于第一代导引头通常使用笨重且灵敏度较差的非制冷硫化铅探测器；第二代导引头开始使用液氮或珀耳帖效应对硫化铅探测器进行冷却，提升其探测灵敏度；第三代导引头通常使用压缩氩气冷却的锑化铟探测器，这一代导引头的体积、重量（决定了导引头的跟踪速度）和探测灵敏度相较于之前的两代都有了较大幅度的进步。
第四代红外导引头则使用了上面我们提到的使用探测器组成阵列的方法对入射的红外信号进行直接探测和红外成像。以这种导引头制导的如AIM-9X、霹雳-10、阿斯拉姆、IRIS-T、怪蛇-5等格斗导弹一般被称为第四代格斗导弹。不过不同于一般人理解的“成像”，受限于重量和尺寸，即使是第四代红外导引头也无法进行过于精细的成像。
美国休斯公司与1975年推出的AGM-65D小牛反坦克导弹是已知最早的红外成像制导导弹（虽说不是空空弹），当时休斯公司为其配备了一个4x4像素的红外导引头。这种导引头虽说是红外“成像”，但其实更加偏向于之前的点光源跟踪。
同时，这种早期的红外成像导引头实在过于巨大，像素也太少，不适合体积小巧又需要较高灵敏度的空空导弹。所以直到90年代，这一技术才开始向空空导弹普及。单以美军AIM-9X空空导弹和英国阿斯拉姆空空导弹为例，两者的焦平面阵列均为128x128（圆阵）的锑化铟探测器组成。这一成像精度在远距离上只能分辨出模糊的光点，只有在极近距离（基本就是测试的时候）才能呈现出较为清晰的目标图像。至于德国佬就更加“偷工减料”了，IRIS-T的焦平面阵列仅为一个4x128的线阵，工作时需要“大阵转转转”来成像。
除了导引头本身的分辨率以外。红外成像制导的另一个用意是通过获取更多的信息分辨出目标，防止被干扰弹误导。但以现役空空导弹的导引头精度，在远距离上根本无法分辨两者之间的差别，加上导引头的瞬时视场又很小，大部分时候导弹在飞到足够近的距离之前就被干扰弹带偏了。另外现役空空导弹也都还在使用传统算法而非普遍看好的人工智能算法对滤波后的图像进行分辨，分辨目标的能力还是很差。
正因如此，才会出现2017年美国一架F/A-18战斗机使用AIM-9X攻击叙利亚苏-22，却被后者用干扰弹甩脱，最后无奈使用AIM-120超视距导弹的“疯狗模式”进行补刀的情况存在。但相信这一问题最终也会随着导弹红外导引头成像能力的提升和人工智能算法的发展而得到解决。
