在军事领域，定向能技术可谓一项变革性技术。与子弹、导弹等常规动能武器对目标实施物理打击不同，定向能武器使用集中电磁能量以光速对目标实施破坏性或毁灭性打击。此外，与动能武器相比，定向能武器使用成本低廉。在大国竞争的军事战略主导下，美军将定向能武器作为优先投入以获得长期竞争优势的新兴技术。2023年5月，美国防部发布《国防科技战略》，将定向能武器列为美军科研工作的重点和投资的十四大关键技术领域之一。过去几年，美国防部每年花费10亿美元用于定向能武器的开发，计划将其与动能武器相配合，与传感器、地空导弹、指控系统构成综合分层防御体系，应对包括无人机、巡航导弹在内的一系列威胁。
自20世纪60年代起，美国防部就始终致力于应用电磁能量打击、摧毁敌人的武器、装备、设备和人员。定向能武器包括两大类：高能激光和高功率微波。两者都使用电磁能量打击目标，不同之处在于高能激光使用一束或多束能量聚焦单个目标，以损坏传感器或通过提高局部温度摧毁目标。高能激光系统包括：自适应光学元器件，用于代偿大气干扰的影响，提升武器射程；精密传感器，用于识别和追踪目标；先进的热能管理系统，用于冷却武器；软件模型，用于辅助确定瞄准点。高功率微波发射能量波，可以同时扰乱或破坏整个目标区域内多个目标的电子元件。高功率微波系统包括：电容器，用于存储、释放能量；天线，将微波导向目标区域；真空装备，用于减少设备内残留的气体量，保障高功率微波的生成。
发射成本低：尽管有些定向能武器前期成本高昂，但其单发成本可低至每发1—10美元，而防御性导弹每次发射成本可能高达数百万美元。
弹药充足：电能充足、热能管理系统运转正常的情况下，定向能武器能轻松实现无限次发射。
杀伤力强：高功率微波可瞬时击毁大量目标，其杀伤力可以媲美成百上千枚炮弹。
射程受限。定向能武器受距离影响较大，距离越远，杀伤力越小。就高能激光武器而言，距离会导致光束扭曲，空气中的粒子和水蒸气都会对能量造成消耗。
受环境因素影响较大。风湍流强度过大时，高能激光武器杀伤力大幅度降低。空气中的粒子和水蒸气会吸收或扭曲高能激光光束。
部件易受损。高能激光武器通过光学透镜和离镜发射光束，这些光学元件极易受到污染或损坏。
美国防部和军事机构采取多项措施促进定向能研发技术，包括协调多部门合作，制定发展规划，建造启用实验室，进行仿真推演和测试实验，制定审查程序等，加速定向能实战技术应用。
多部门协作推进定向能研发技术。2021年发布的定向能发展路线图中，美国防部详细明确各部门之间应合作研发、互为补充、共享成果、共同应对挑战。为此，美国防部成立定向能联合转化办公室，其职责包括：加速定向能武器能力开发与部署；为相关演示验证提供相关建议；支持定向能能力需求的制定和验证；协调美国防部范围联合定向能投资组合。此外，美国防部还成立多个定向能专项工作组，工作组由美陆军、美海军、美空军代表组成，其目的是：分析和评估各部门现有及正在研发中的定向能技术；制定共享现存技术和研发成果策略；明确实验和部署策略；系统分析定向能武器系统杀伤力。
优化测试程序和技术。为了有效测试定向能武器，测试资源管理中心投资建设必要的测试基础设施，发布并逐年更新定向能测试路线图。测试路线图明确了对测试基础设施、先进仪器和代表现代威胁的测试目标进行优先投资。
制定定向能武器审查流程。美国防部制定了定向能武器审查和批准程序，所有原型机在部署前都要接受审查。定向能武器审查组由各军事机构代表、美国防部长办公室和联合参谋部构成。审查要求作战司令部明确定向能武器使用的作战概念，并对定向能武器的有效性、杀伤力、可接受性、可行性进行审核检查，确定武器是不是达到预期目标。
多措并举提升定向能武器性能。过去十年间，美国防部研发并测试了20余种定向能武器系统。美陆军、美海军、美空军在研发定向能武器系统方面均有不同程度进展。应对无人机方面，美国防部对10-60千瓦级功率的高能激光武器进行多次实地演示，结果显示，与传统动能武器相比，高能激光武器在打击无人机方面有不可比拟的优势。传统动能武器造价高昂，爆炸产生的气流和弹片会不可避免地造成附带损伤。而高能激光武器价格低，能够对无人机实施精准打击，避免造成附带损伤。美国防部始终致力于加大激光武器功率，提升性能，应对更广泛的威胁。早在2019年，美国防部就发布了“高能激光缩放计划”，该计划明白准确地提出通过提高输出功率、改善激光能量质量、开发高效能源和激光生成系统来提升定向能武器性能、扩大武器任务范围。此外，美国防部和其他军事部门还开发了一系列高功率微波装备，用于应对导弹或无人机蜂群攻击。
除了对武器本身进行研发，美国防部和美陆军、美海军、美空军等军事部门还研究怎么样更好地将定向能武器与移动搭载平台做融合。美海军正在研发舰载能量储藏室（一种能量存储装置）来满足定向能武器和传感器运行所需的大量能量。传统的舰载发电机以额定功率持续运行，定向能武器和传感器运行时功率会猛然加大，传统舰载发电机难以负荷。正在研发的能量储藏室可以在定向能系统不启动时充电，系统启动、电量负荷加大时作为补充弥补传统发电机的不足，在为定向能系统提供足够能量的同时，保障舰载发电机平稳运行。这种能量储藏室的问世可以使现有的舰船搭载定向能武器和传感器。
美陆军投资建设定向能武器系统生产工业基地，其目的是要降低定向能武器系统核心部件的生产所带来的成本、提升生产速度，目前，这项投资已经取得一定进展，某些部件的生产速度提升了100%～400%。
美空军投资研发多项新技术促进定向能系统和飞行器进行融合。飞行器高速移动产生的震动要求对定向能武器系统来进行加固防震。此外，飞行器高速飞行时会产生紊流，会破坏或扭曲高能激光武器光束，美空军投资研发技术降低紊流对定向能武器系统的影响。这项投资和研究能够使定向能武器在高速飞行或机动中的飞行器上正常运转。
美国防部还和各军事部门协作投资一系列关键技术，提升定向能武器性能。一是确定打击潜在目标更有效的瞄准点，对各种威胁进行脆弱性评估。美国防部计划建立定向能武器系统目标数据库，对各种目标进行详细描述，以便找到定向能武器系统更有效的打击方式。二是采用自适应光学元件提升光束质量，增大武器有效射程。三是将定向能武器与指控系统来进行融合，这在某种程度上预示着定向能武器能轻松的获得实时的威胁信息，从而快速识别、追踪和精准打击目标。
尽管美军定向能技术及其他关键技术发展迅速，但在实用化方面遭遇了瓶颈。一是搭载平台空间、动力不足。将定向能武器系统与车辆、舰船或飞机等搭载平台相融合需要一定的空间，高能激光武器运行中，能源利用比率仅有25%到40%，这在某种程度上预示着其余能量均会转化为热量，由冷却装置吸收或转移，这些冷却装置会占据大量空间，这对本身空间相对狭小的飞机和车辆带来了一定挑战。此外，定向能武器系统运行所需动力由搭载平台直接提供，这就需要对原有平台重新规划做改造以满足需求。
二是测试受限。为了了解新型武器系统性能、杀伤力和局限性，进行大量实地测试是武器系统实用化必不可少的步骤。然而由于武器自身特殊性，定向能武器系统实地测试受到了诸多限制，例如，在进行高能激光武器打击空中目标的测试中，激光有可能对卫星的敏感元件造成损毁。因此，进行定向能武器实地测试需要满足诸多条件，这也导致其实用化进展缓慢。
三是新战术、技术和作战程序有待研究。作为一项全新的技术，传统动能武器系统采用的战术、操作技术和作战程序显然不适用。在作战环境中，在什么时刻、以何种方式应用定向能武器，如何更好地发挥定向能武器系统优势，这样一些问题都有待解决。
四是维护成本高昂。定向能武器内部结构脆弱，需要特殊环境来维护。曾有进行实地测试的定向能武器由于电池及冷却装置故障返回原厂做维修。这些都降低了系统的可用性。降低维护成本、提高维修效率是推进武器实用化进程必经的一环。
五是使用者安全顾虑。许多美军官兵对于使用定向能武器存在顾虑，认为定向能武器会给使用者身体带来一定损伤，例如激光致盲等。美国防部采取了多种措施，如严格测试武器安全性、制定保护措施、进行安全教育等，以期打消官兵顾虑，推广新技术。
长期以来，美军全力发展定向能武器，加速推动定向能武器与动能武器的一体化作战使用。在促进定向能发展方面，美军加强跨部门合作、优化测试程序和技术、制定武器审查流程，在全力发展武器系统的同时，加大投资开发组建技术，促进定向能武器系统与不同平台融合，与此同时，建立目标数据库，有明确的目的性地提升武器系统性能和杀伤力。但在武器系统实用化方面，仍存在诸多问题，如搭载平台的空间及动力不足、与新技术相匹配的技战术及作战程序的开发，甚至包括官兵的心理问题等都有待解决。