M16突擊步槍

SALVO项目

在1948年，军方资助设立的民间研究机构作战研究室，模仿英国的同类作战研究所。他们最初的一个工作ALCLAD项目是研究防弹背心．很快他们得出结论：他们需要知道更多关于战场伤亡的事情，以提出合理的建议。之后，他们分析了两次世界大战中超过三百万份的战场伤亡报告。基于对这些报告的分析，他们在接下来的几年内发表了一系列的报告。
他们的基本结论是绝大部分的战斗发生在近距离。在一个高度机动化的战争里，部队战斗形式以遭遇战为主，此时拥有更强火力的那一方将会获胜。他们也发现在战斗中被击中的概率是随机的，也就是说，精确瞄准没有太大意义，因为目标不再是原地不动的了。最准确的伤亡率指标就是总共发射的子弹数量。他们的结论是建议步兵装备全自动的步枪，以增加开火的几率。但是，这种武器同时也会大大增加弹药消耗。为了让一个步兵有足够的弹药来支撑一场战斗，他们需要使用一些轻巧得多的武器装备。值得注意的是，这项研究是在美国和英国为了0.28和0.30口径子弹的优劣争论不休的时候秘密进行的。
由于所有这些原因，现有的步枪很难适应现实世界的战斗。虽然新的T44（M14自动步枪的前身）看上去能够增加发射速率，但是它沉重的弹药箱使得单兵弹药携行量成为一个很大的问题。此外，这种枪的长度和重量都使它不适合短距离的战斗。因此一种更小更轻的武器需要能够更快投入使用。
这些努力引起了美国陆军军械部小型军火研究与发展主任瑞纳·斯塔德勒的注意，他对于民间研究机构涉足他的范围感到不满。陆军军械部这时开始了对由春田兵工厂为T25发展的大威力子弹的支持，而此时T44还没有出现。最后，他要求阿伯丁靶场提交一份关于小口径武器的报告。
但是，当瑞纳指派的主要研究者唐纳德·赫尔发现0.22英寸（5.59毫米）的子弹与比它更大的子弹在大多数战斗中性能相同时，这个计划出现了意外。当一个武器可能因为低后坐力而具有更高的射速时，将造成更大伤亡。唐纳德·赫尔的同事，尤其是威廉姆斯·C·小戴维斯和G·A·加斯塔夫生，开始对一系列的试验性0.224英寸（5.69毫米）子弹进行研究。1955年，他们要求增加研究预算的请求被否决。
同时，美国陆军一个新的研究项目，也就是SALVO（齐射），是为了找到一种符合现实战斗需要的武器而设立的。在1953到1957年之前的两期计划里，SALVO逐渐发现如果一种武器能连发射击将4发子弹散布20英寸（0.5米）见方的范围内，那么它的命中率将是现有半自动武器的两倍。
在第二期计划SALVO II里，测试了几种试验概念性武器。AAI的爱尔文·巴尔提出了一系列的镖弹武器。第一种是装配32支镖的霰弹枪，而最后一种是单发镖弹的步枪。斯普林菲尔德兵工厂和温彻斯特生产了多枪管的武器。而作战研究室自己的设计使用两种新枪弹，将0.22，0.25或0.27弹头装在一个温彻斯特0.308或斯普林菲尔德0.30-06子弹弹壳里。

尤金·斯通纳

正当T44的测试继续进行时，比利时Fabrique Nationale也通过美国哈林顿-理查森提交了他们的新式武器FN FAL，代号T48。然而，其测试的结果显然已被放弃。T44获选为美国陆军的新军用步枪，而不是其有力的竞争对手T48。T44还没有中选的时候，一种新的步枪加入了这个竞争行列。1954年，新成立的阿玛莱特的尤金·斯通纳领导了AR-10的开发。春田的T44和其他类似的型号都是传统的使用做家具的木材制成的步枪，要不就是全用钢制成，主要使用经过铸造和机加工的部件。阿玛莱特是为了将最新的工艺和合金材料应用到枪械设计中而成立的，而斯通纳觉得他应该很容易击败其他竞争对手。
斯通纳设计的AR-10一开始就是全新的。枪管是组合式的，在拥有来福线的不锈钢的枪管以外还设置了坚硬和散热良好的铝合金衬管。机匣是由铸造和研磨过的铝材而并非U钢制成。枪管和机匣由一个独立的锁定枪机的硬化钢适配器连接。这使得当使用一个轻巧的铝制机匣时，仍然可以进行钢钢之间的锁定。驱动枪机的高压火药气体由枪管的前端导出，并直接进入在在枪机框里与枪机之间形成的活塞室，而枪机本身相当于活塞。传统的步枪将这个活塞室和活塞放在靠近导气孔的位置。它的枪托和握把是由玻璃纤维外壳加上坚硬的塑料内核制成的。枪口消焰器甚至是用钛金属制成的。
与此同时此枪的布局也不太相同。典型的设计是将瞄准具贴近放在枪管上方，用枪托的向下弯曲将后坐力转移到肩膀上来使得瞄准镜正好与眼睛处于同一高度。然而，这意味着由于抵肩部位低于枪膛轴线，因此枪在开火的时候容易以枪身转折点为旋转圆心导致枪口上跳，而使得其非常难控制，特别是在全自动开火的时候。阿玛莱特借用了德国FG42和M1941步枪的设计，将枪管和枪托放在一条线上，正好在眼睛的下方，然后将准星抬高，觇孔式照门表尺安装在携带提把上面。这个携带提把以下也包括位于机匣顶上的拉机柄。
AR-10在当时是一个很先进的设计。它使用与T44相同的枪弹。在比同类枪支轻两磅（900克）的同时，它也显著改善后坐力控制。然而，它推出得太迟了，甚至是可以说是匆忙的。它那不寻常的设计在这之后在传统的大军火商中再没有找到什么追随者。在1957年当一支不锈钢内衬管的铝制枪管在试验中发生爆裂事件之后，AR-10的选型参加资格取消。但是它仍然为未来的新型小口径高速枪支的发展提供了概念。

大陆军司令部

在1957年，一份1955年加斯塔夫生书写的经费申请来到了美国大陆军司令部（现美国陆军部队司令部）司令官威莱德·维曼（Willard G. Wyman）上将的手中。他立刻成立了一个小组来发展一种测试用的0.22口径（5.6毫米）的武器。他们最终的要求是需要一种可选模式射击的武器，当装满20发子弹时重量大概是6磅（2.7千克）。其子弹要能够穿透500码（460米）远的标准的美国钢制头盔，防弹衣，或是一块0.135英寸（3.4 mm）的钢板。同时，其伤害能力要达到或超过0.30卡宾枪。
见识过之前的AR-10之后，维曼个人建议阿玛莱特发展一种测试用的新武器。斯通纳当时正在为AR-10的新版本AR-16努力，但是斯通纳作为主设计师领导的设计小组接受了这个挑战。他们的第一个设计使用传统的布局以及木材，但是被证实太轻。当使用传统的枪托之后，即使是使用轻型弹药，后坐力控制也再次成为了一个问题。他们的第二个设计只是AR-10的缩小口径版本，但是立刻就被证明为更加成功。新枪命名为AR-15。同时温彻斯特推出了一种基于他们的M1卡宾枪的设计。斯普林菲尔德的埃利·哈维也尝试推出一个新的设计，但是斯普林菲尔德的上级将之否决，因为他们拒绝将T44的资源转移过来。
到了最后，阿玛莱特的AR-15没有真正的竞争对手了。为了符合穿透力要求，由雷明顿研制出来的新型.223 Remington。轻型弹药使得其能够做的比AR-10还小。即使是将枪管换成简单的全钢类型，它也还是比温彻斯特的设计轻了一磅（450克）以上。后者空枪重2.89千克，而装满弹药时3.5千克。
它唯一的问题就是九个月之后，1958年3月31号，当军方开始测试的时候，AR-15还没有完全完成研制过程。雨水进入阿玛莱特AR-15和温彻斯特的样枪的枪管时发射都会导致炸膛，而这使得军队重新开始等待更大的子弹的出现，这次就是0.258英寸（6.55毫米）。虽然如此，他们建议低温天气下的测试在阿拉斯加进行。斯通纳之后飞往阿拉斯加以更换某些部件，但是当他到达的时候他发现步枪重组时产生错误。斯通纳认为这是操作不当所至，要求重新测试。当他回去的时候他惊奇的发现军方也已经在他到达以前推翻了他的设计，他们的报告也令人惊讶的建议使用0.258英寸（6.55毫米）子弹。在读完这些报告之后，麦斯威尔·泰勒将军坚决反对这个设计，并强制继续生产M14。
并不是所有的报告都是负面的。在一系列的AR-15、M14和AK的模拟作战测试中，军方发现AR-15的小尺寸和轻重量使得其能够快速投入战斗，就像大陆军司令部所说的一样。他们最后的结论是一个装备AR-15的八人小组能与现有的装备M14的十一人小组具有相同的火力。他们同时也发现当发射了一千发子弹以后AR-15比M14更加可靠，具有更少的射击中断故障以及卡弹发生的几率。
在这时，创立阿玛莱特的费柴尔德已经花费了145万元作为研究开销，而且看上去还远没有完。1959年12月，费柴尔德将AR-15生产权卖给了柯尔特，只用了耗费万5千美元现金和保证支付之后销售额的百分之4.5。1960年，阿玛莱特进行了重组，斯通纳也离开了公司。

M16的采用

柯尔特进一步完善了AR-15的设计，并开始向军方高层发起游说工作。1960年6月，空军副参谋长柯蒂斯·李梅参观了AR-15的演示并亲自射击了几个西瓜。他立即订购了8,500支作为战略空军基地的防卫用途。柯尔特也同国防高等研究计划署（简称ARPA）进行了磋商，后者购买了1,000支步枪以作为1962年初夏南越部队的使用，进行全面的实战测试。与南越部队合作的美国特种部队提交了重要的战场报告，强调立即采用AR-15的必要性。但是美国陆军在1962年、1963年两次复试AR-15，两次都否定AR-15。但是经过努力，国防部决定对AR-15和M14进行一次效费比试验。试验表明AR-15拥有AK相抗衡的火力，而且价格更低廉。
美国国防部长罗伯特·麦克纳马拉现在掌握了两个冲突的观点：ARPA报告对于AR-15的青睐，以及五角大楼对M14的肯定。甚至连总统约翰·肯尼迪都对该事件表示了关切。因此麦克纳马拉命令陆军部长赛勒斯·万斯测试M14，AR-15以及AK。陆军的测试报告指出M14适合在陆军使用，但是万斯怀疑这些测试方式有欠公正。他命令陆军监察长调查这些测试所用的方法，而后者的综合报告指出陆军的测试人员明显地偏向M14。柯尔特开始利用这个事件，他们利用民间媒体谴责军方测试人员过分地偏袒M14。
试验记录证明AR-15确实胜过M14，柯尔特也在政治上获得支持，驻越南美军司令威廉·威斯特摩兰上将提出装备的请求。麦克纳马拉在1963年1月命令M14停止生产。11月，陆军订购了85,000支XM16E1作为实验用途提供部队试用，而空军另外订购了19,000支。同时，陆军正在进行另一项计划，轻武器系统（SAWS），目标是近期适合一般陆军使用的武器。他们强烈建议立即采用这种武器，这其实是变相抵制AR-15。1963年末，空军正式接收第一批XM16，在当时已经有非正式地称呼这种枪为M16。1964年2月，空军将AR-15正式命名为美国5.56毫米口径M16步枪。空军的M16与陆军的XM16E1是不同的，在接下来会说到，后者具有复进助推器。空军的M16只是对AR-15进行小改动。
1965年，当M14随着美军部队到了越南，某些使用上的瑕疵开始变得明显。陆军在通过将近20年的实验之后，发展了很长一段时间才得到M14的设计。虽然M14可能是M1加兰德步枪的良好替代品，但是它并不是好的M1／M2／M3的替代品。M14在狭窄地区或者丛林地区会显得非常笨重而不能有效发挥作用，即使它比很多专为狭区作战的设计的枪支还是要轻点。其弹药比.30-06要轻，也就意味着巡逻时可以携带更多的子弹，但还是比.30卡宾枪子弹要重，因此弹药携带量仍然有限。全自动射击经常被批评成浪费弹药，并且枪弹威力大，在全自动射击时后坐力使射手不容易精准射击。因此逐渐的步枪都锁定成半自动射击模式。最后，陆军花费了相当的时间和金钱将一种半自动枪械改成另一种具有长使用寿命但是很小的武器。它很快会被取代，即使这看起来像是内部政治斗争的结果。在M14设计的保卫战中，由加兰德步枪发展而来的M14要更可靠。当M16正在进行TCC以及许多项改进以增强其可靠性的时候，M14越来越不受关注了，它不适合丛林环境作战。
同时部队也在疯狂的尝试在面对苏制AK时增加他们自己的火力。他们临时拼凑使用任何他们能找到的武器，例如前二战武器汤普森冲锋枪。在越南战场上的美军迫切地需要一种新的轻便的步枪，在未完成充分试验的情况下量产XM16E1，但是很快就获得了很差的评价。从1966年秋天开始，越南战场上频频传出出现故障的问题。
对于XM16E1，美国国防部下令将其子弹的发射药由单基管状装药变成更精细的双基球形装药。这增加了开火的全自动射速，而且使得枪的部件锈蚀得更快，也增加了污垢，经常出现卡壳和断壳现象。这个简单的改变导致的一些问题招致谴责。射击中断故障通常是因为生锈的枪膛或发射药残渣，差的维护，磨损的部件，或者是这些因素的全部。对于变得更肮脏，解决的办法就是重新设计缓冲器来减少循环射速，而部件损坏率因此变回正常水平。作为一种遗留下来的东西，球状装药今天仍然作为配发弹药使用。
枪机辅助闭锁装置是出于因为某种原因在缓冲器弹簧不能使枪机成功复位而无法闭锁的情况下，可以手动完成枪机复位闭锁。这个位于机匣右侧的活塞状的枪机辅助闭锁装置是XM16E1与M16的明显区别。柯尔特，空军，海军陆战队和尤金·斯通纳都认为没有必要增加这个复杂装置，还因此增加了4.5美元的步枪采购成本，又没有什么实际好处。但是三年之后，1967年2月28日，陆军订购了84万支这种版本的步枪，就是后来所称的M16A1。
柯尔特过分夸大了M16测试中体现出来的可靠性（在这些测试中M16经受住了沾水沾沙等的射击试验），他们宣称这种枪从来不用清洗，以至于发到部队手中的枪没有配清枪工具和说明书。虽然这种说法可能对于原本配套的IMR装药是正确的，但是对于更加精细的，燃烧更快的，比较肮脏的球状装药来说可不是。直接推动机框的气体操纵系统使用枪管顶部的导气管将气体导出到枪机后部和机框凹进处之后的“活塞室”里面。当燃烧的气体来到这个区域，它们驱使机框向后移动，然后将多余的气体经由抛壳窗以及枪机框顶部的气键和枪管里的气管之间的空间排出。传统的设计将活塞保持在枪管的上方或下方，然后从那里排出多余的气体。斯通纳系统的优点是枪机和枪机框形成的“活塞”是在一条直线上运行，同时与枪膛处在同一条轴线上。因此，当枪机框移动的时候，枪膛的轴线也不会反向移动。消除单独的活塞也使得操作变得容易，因为活动机件更少了。这个设计的缺点是它会将火药气体直接送到后膛，很容易在枪机组件内积碳。因此，M16需要经常清洗和润滑来保持其可靠性。
更糟的是，部队居然接获通知说它是划时代的武器，因此它不需要清洗，从而也没有配备清洗工具。结果，在战场上M16经常发生卡壳、枪膛严重污垢、枪管与枪膛锈蚀、拉断弹壳、弹匣损坏等故障。士兵们经常讥笑这些是一“玩具枪”，还用一句话来形容发生故障的枪：“你可以叫它“美泰”（美国著名的玩具厂商）。这句话后来演变成了一个民间传奇，内容就是第一批M16是部分或全部的由玩具业巨人制造的。
面对像这样荒谬的情形，各驻越部队只好自己解决。因应的方式能够想的到的都有；有的自行出资，利用休假时到城里的黑市以高价搜购擦枪工具；有的联络家人自美国本土代购，再从美国寄送到越南；有的士兵甚至以衣架拉直了来权充通枪条。在这段期间内，不知道有多少士兵是因为步枪瓦斯导管积碳与枪机保养不良，因此在战斗中发生卡弹而结果无端丧命。
在陆军和华府，再度发生了关于M16的争论。斯通纳最新版设计——名为Stoner 63的武器系列——送到越南做测试。而SPIW镖弹武器测试计划也再次重启。幸运的是，冷静的头脑占据了主导地位。一个由美国国会组成的委员会于1967年报告：“看上去所谓问题重重的M16其实是一支非常优秀的步枪，其在应用中发现的种种问题均由部队内部管理不善所致。”M16的清洗工具迅速产出。一本漫画维护手册也在部队中流传来展示M16正确维护的方法。可靠性方面的毛病迅速的消失，虽然对枪的负面评价并非如此。但是这对于一找到M16就开始使用它的北越军来说并非如此。
也许M16A1最重要的改动就是引入了在枪膛中镀铬以及不久之后在枪管上也镀铬。这个改进在最初的SALVO项目测试里就已经提出了，但是之后被否决了，因为在实际上效率比不高。在当时，没有一种可靠的方法可以在一根0.224英寸直径的枪管里镀上镀铬。镀铬的真正价值在于防止枪管内部生锈。作为一个接近直墙的内室，最少量的锈粉，生锈的黄铜，沙，污物，锈点蚀，甚至标记用的油漆粉末都会导致摩擦力呈指数增长。士兵们在战场上发现第一发子弹发射出去会在枪膛中产生阻塞。这是因为粗糙的枪膛，约翰逊／斯通纳式枪机固有的缺少预抽壳动作，以及5.56毫米子弹相对较小的锥度的联合作用。镀铬不但能防止生锈，还能减少摩擦力。没有进入枪膛的污垢被压到发射后的弹壳，并随着它一起排出。
在经历了坎坷的起步之后，M16已经证明它的可靠性能够达到使用要求。在1967年年末，当部队接获要求的时候，只会拿他们的M16来换取XM177，后者是同一种武器的卡宾枪版本。
轻型弹药也是在步枪领域中引起大量争论的一种事物。“大威力子弹”的概念即使过了好多年也没有消亡，而增大口径的要求一直延续到1980年代。大部分争论都集中在苏联使用的7.62×39毫米中间型威力子弹，这已经比他们战时用的“全威力”7.62×54毫米设计缩小了。“小口径”阵营人士相信，在1970年代，当苏联采用了一种类似（或更小）的子弹，尺寸5.45×39毫米，新的苏联子弹具有更先进的设计，缩短枪管膛线缠距，使弹头转速高，其他采用的理由包括更轻的重量，小的后坐力，全自动射击中更高的散布精确度，更远的射程，更平的弹道，以及最后想要与美制枪械保持同步的愿望。这里面的许多优点也用来描述M16。

北约标准化

1970年3月，五角大楼震惊了北约其他国家：所有隶属北约的美军部队必须装备M16A1。英军对于美国军械部人员20年前强制要求北约使用7.62毫米口径弹作为标准弹药高调表示不满，因为美国曾认为英国的0.280口径（7.1毫米）弹药威力不足，而现在却告知他们说美国终于认识到这种小口径枪械的必要性，也开始准备进行一种更轻的弹药的北约标准化。
但是在1970年代中期，其他国家的军队也在寻找一种类似M16的武器。一项北约标准化的计划很快启动，在1977年关于不同弹药的测试正式开始。美国提供了他们最原始的设计，M193，而且没有进行任何改动。然而有许多人担忧其面对越来越多使用的防弹衣时的侵彻力。英国推出了一种改进的5.56毫米弹药，使用更长和更细的4.85毫米子弹，装在现有的美国弹壳内。这种弹药具有更好的弹道性能，也有更强的穿透力，能够射600米远，符合他们对于班用自动武器（轻机枪）的要求。德国开发了一种新的4.7毫米无壳弹药，可以与美国原本的设计提供相似的弹道性能但是重量轻巧很多。然后，对于这种武器还是有很多不信任因为它有可能自燃。最终的设计由比利时提交，也就是SS109，一种同样基于美国子弹的弹药，以及同样是5.56毫米口径的新子弹，但是具比较重的有尖的钢弹头以增加侵彻力，有效射程比M193更远。
测试很快就发现比利时和英国的设计大体上差不多，但是都比原始的美国设计要好。然而，为了发挥SS109的全部性能，枪管需要使用七英寸缠距的膛线，而现有的十二英寸缠距的膛线因为不稳定性只有90米的有效距离。SS109所需要的最佳缠距是九英寸，但是使用的是七英寸的缠距为了令更长的L110曳光弹稳定。这种曳光弹设计成改进弹道性能以及增强的射程。之后的M196曳光弹（与M193球状装药配套）有450米的有效射程，而L110的有效射程是800米。最终，美国陆军选定了比利时弹作为新的制式弹，这两个弹药都需要全新的步枪。在1982年应运而生的M16A2，从那以后成了美国的标准军用步枪。为美国生产的北约标准的弹药称为M855，使用SS109类型的发射具的球状装药，以及M856，使用L110类型的发射具的曳光弹。
全世界总共的生产量大概是800万支。

概观

在1980年代，许多配发M16A1的士兵又收到M249班用自动武器（取代之前的M60通用机枪）。在1990年代，M4卡宾枪的采用意味着更多的M16A2将会被取代。空军在2004年的一个介绍中表示将会把所有的M16换成M4。M16A2仍然是陆军主要的军用步枪，即使在2000年海军陆战队已经改用M16A4。同时，M16也从来没有在各种场合完全取代M14自动步枪。后者，仍然在陆军中用于些适当的用途。
至于M16枪族的替换，有许多不同的观点提出。进展缓慢有一部分原因是因为在将要替换的项目中出现了一系列的拖延和故障。M16将要被先进作战步枪计划的优胜者所替代，但是还没有哪一个候选者综合性能有足够高的分数弥补替换工作的成本。M16也有可能由OICW项目里的SABER所取代。OICW项目原本计划的武器系统在世纪之交被搁置，而另一更简单的新型5.56毫米步枪项目获得了青睐，因为它没有那么多巨大的改进。因此而产生了XM8步枪，也成为M16的潜在替代品。但是，这个计划在2004年5月也遇到了麻烦，也同样搁置，而军方更希望看到的是这些计划之间的竞争，也就是后来所说的OICW改进一号。OICW改进一号的竞争在2005年夏天搁置，以考虑从其它的军种引进。但是几个月之后这个又取消了。

历史

1970年代里面，陆军试验了各种不同的材料以替换黄铜弹壳。黄铜有一系列的特性，包括与钢之间的低摩擦力而使其更易抽壳，以及它能带走可观的热量离开枪支而使得其易冷却，而令其成为几乎完美的子弹材料。然而，黄铜也很贵和重，换掉它能同时减少弹药的成本和重量。
铝和钢是经常用来制作子弹整体的材料，AAI也成功的研究了一种塑料弹壳。但是，这些材料因为各种原因没有一种能真正进入生产过程。完全无壳的弹药也有一定的研究，著名者有德国设计的4.7毫米无壳弹，但是其可靠性和自燃的问题从来没有能够彻底解决。
后来，在1980年代启动了先进战斗步枪计划来寻找M16的替代品。陆军强调单兵命中率的100%提升，而这与SALVO通过增加射速来增加100%有效性是一样的方式。
柯尔特推出了一种改进的M16A2，称为柯尔特ACR，使用双工弹药和一种能减少40%后坐力的系统以改善重复射击，还增加了3.5倍瞄准镜。这种代号M16A2E2的武器，也具有一种由美国陆军人体工学实验室（HEL）设计的滑轨作为护木的一部分来帮助手握射击。它还有一种卡宾枪式样的枪托，和最近美国海军地面战斗中心（NSWC）研制的Crane枪托很相像。
而施泰尔ACR使用了新的镖弹，通常称为5.56毫米弹药，但是具有4750码／每秒（1450米／每秒）的极高枪口速度。其他的改型也对无壳弹药进行了实验。
虽然它们都提供了一定的改良，但是没有一种能达到测试要求的基准分。
最近，陆军启动了XM8系统项目来研究一种全新的武器。但是，这个计划由于开放竞争的OICW增量1更受青睐而搁置。（OICW增量2是一种单独的空爆榴弹发射器，称为XM25；OICW增量3代号为XM29，是前两个增量的合体）。但是，OICW增量1计划在2005年10月31日取消。

设计

M16的机匣是由铝合金制成的，枪管、枪栓和机框是钢制的，护木、握把以及枪托都是塑料做的。早期的型号特别轻巧，只有2.9公斤（6.4磅）。这是远远比1950年代和1960年代的7.62毫米战斗步枪要轻。即使与装满弹药后5千克的AK-47相比也还是很占优势的。M16A2和之后的改型重量有所增加（8.5磅，或3.9千克，装满弹药时），因为它们采用了加厚的枪管。厚枪管对于因操作不当引起的损害更加耐久，而且它也减缓了连续射击时的过热，适合持续射击。不同于传统的从头到尾都很厚的精射用“公牛”枪管以及重管，M16A2的枪管只是护木之前的部分比较厚。护木下的枪管部分和M16A1是一样的，以兼容M203榴弹发射器。整支步枪有40英寸长（1.02米），以及20英寸（508毫米）的标准枪管。斯通纳在AR-10原型枪上试验了薄钢枪管衬套并加以铝质隔热屏以减轻重量。但是在春田兵工厂的一次测试中一根枪管发生了爆裂。斯通纳认为这个测试的操纵非法。
M16利用直接导推式原理，从导气孔进入的高压气体进入通过导气管，直接推动机框进行自由行程，这种结构使射击精度较高，而且减少了独立的活塞和活塞筒，缺点是容易脏，因此，M16相比起导气活塞原理需要经常清洁和润滑来保障操作的可靠性。
一个明显的人体工程学的特征，是在枪机正后方的一个塑料制的包含金属的复进簧的枪托。这个同时起到容纳复进弹簧和后坐力缓冲的作用。枪托与枪膛在一条线上能够减少枪口上跳，特别是在全自动射击模式的时候。由于后坐力不会使准星发生明显的偏移，使用者的疲乏程度会减轻。
另一个人体工程学的特性是枪口制退器上方的以及携带提把之上的主瞄准具。新的型号（M16A4）具有一个“平顶式”的机匣，以及皮卡汀尼导轨。用户可以在导轨上安装传统的携带提把，瞄准系统，或者各种光学设备，例如夜视镜。
M16使用直接推动机框的直接导推式原理，枪管中的高压气体从导气孔通过导气管直接推动机框，而不是进入独立活塞室驱动活塞。高压气体直接进入枪栓后方机框里的一个内室，将机框带动枪机后退。这使得单独的活塞室和活塞不再必要，从而减少了移动部件的数量。在快速射击中这也通过保持往返运动的部件与枪膛在同一直线上而提供更好的性能。
直接导推式的气动方式的主要问题在于火药燃烧后剩下的污物和残渣会直接吹到后膛里。当过热的燃烧集气体沿着管壁向下流动的时候，它会膨胀然后冷却，而不像气溶胶那样能够在降压的时候冷却。该冷却使得已经气化的物质冷凝，并因此而使一个体积大得多的固体凝固，恰好在枪击的活动部件上。反过来，导气活塞的工作在极短的时间内使用高压气体并使他们远离后膛。因此，比起使用导气活塞的枪来说，M16需要更频繁的清洁和润滑来保持稳定工作。
弹匣卡榫在步枪的右侧，位于扳机护圈的前方。当前的军用弹匣的子弹容量为30发，而越战的时候只有20发（30发的弹匣直到战争后期才开始研制和生产）。配件市场上的双弹夹并联器是可以选择的，但是军方当局不鼓励这么做，因为有可能增加弹匣顶部受损或者弄脏的机会。但是，2004年伊拉克战场的图片显示，特种部队和其他主要部队在采用双弹夹并联器方面很迅速。
M193和更新的M855（SS109）弹头在穿过软组织的时候通常都会碎裂。当从不到一百米的距离射击时，这些子弹在其偏转90到180度之前会贯穿人体内部100毫米（4英寸）。当侧力作用在子弹上的时候，它就会碎裂而一分为二。这发生在脆弱的子弹槽线上，而子弹槽线是一个深沟来将弹壳密封到铜套里面。然后，5.56毫米弹头的后段就能裂成很多细小的碎片，而对周围的组织造成更大的伤害。碎裂所必要的速度大概是823米（2700码）每秒。
美国军队通常不会配发全自动类型的M16步枪。虽然它的后坐力已经很小了，但是准星还是会因连发射击时都会偏移得厉害。全自动武器会因此变得非常不精确，还会浪费大量的弹药。30发弹匣不适合用在持续射击里，不像重机枪使用的弹链给弹系统。M16的轻量级的枪管在全自动射击中很快就会过热。理论上来说，机枪是提供压制性火力的，而移动性更强的步枪从侧翼包围并提供点射火力。某些为狭区作战而优化的M4的改型，是适合进行全自动射击的，因为这在空间有限的狭区内更有意义。
大部分M16和M4类型的武器是能够使用半自动射击模式以及3发点射的。点射的原理是使用一个有三个部件的自动扣机，能够在每一次扣动扳机的时候发射最多3发子弹。它是不会复位的，也就是说如果一个士兵发射了两发子弹就松开了扳机，那么下一次射击的时候他只会射出一发子弹。点射在火力，精确度，弹药容量之间进行折衷。然后点射仍然会在压制火力，两栖作战，或者狭区作战时限制M16的有效性。
柯尔特发展了一种使用更重的枪管，弹带供弹，以及可快速更换枪管的改型。这是为了提供一个班组类似于机枪的火力，但又具有M16的可携性。这个计划在1970年代M249班用自动武器获得青睐之后被取消。班组现在的配发量为一个火力小组一支M249，借此提供全自动火力。美国军方配发全自动版本（M16A3和M4A1）给某些特殊的部队。

清枪动作（无弹匣的时候）

当将枪支从其他人手中拿过来，或者任何不确定枪支状态的时候，都应该执行清枪动作。为了安全，永远要假设枪膛里有子弹且能够发射。把枪口指向安全的方向，用右手食指按下弹夹释放纽，取出弹夹，然后将T形枪机拉柄向后拉到底（兴许会退出一颗子弹），检查枪膛以保证它是净空的，从而使接下来的操作可以在掌握中。按下空仓挂机释放纽、扣下扳机，然后关上抛壳窗的盖子。

清枪动作（有弹匣的时候）

先退下弹匣。如果在装有弹匣的情况下进行清枪动作，将会有一发子弹留在弹膛里。

装弹

将一个装满子弹的弹匣插入机匣内。当弹匣准确地插入时会有一声轻响。测试其是否稳固时可以向外轻拉弹匣，看是否会被抽出。用中等力量从底部敲击它来确认已经被锁定。

预备射击

将拉机柄向后拉到底然后松手，按下枪机助进器。如果枪支不需要立即开火，将选择钮调到“SAFE”档然后把抛壳窗的盖子盖上。

开火

射击术是一门复杂且精细的艺术，也不在本文的讨论范围内。不过，开火的一般步骤是首先将选择钮调到“SEMI”或者“BURST”（某些型号是“AUTO”），将枪托底板靠在肩膀上，将眼睛、觇孔、准星，以及目标放在同一条线上，然后扣下扳机。

退弹

尝试将快慢机调到“SAFE”档（在击铁被压下，也就是枪支翘起的时候，选择器在只能调到“SAFE”）。一只手按住弹匣释放按钮，另一只手握住弹匣，将弹匣拆下。将枪向右翻转然后翘起来（将会排出一颗子弹）。向后拉拉机柄然后保持。将枪向左翻转，确保枪膛内是空的。让枪机向前移动，按下复进助推器，将快慢机调到“SEMI”，然后锁住扳机。把抛壳口的防尘盖盖上然后放回退出来的子弹

柯尔特的型号：601和602

柯尔特在获取了阿玛莱特的步枪之后生产的头两个型号是601和602。这两种枪在很多方面都是原来阿玛莱特步枪的复制品（实际上，人们经常发现它们只是贴牌的阿玛莱特AR-15）。601型和602型很容易通过它们的弹匣座侧面为平板状，而没有常见的弹匣释放钮防止误操作的“围栏”，以及某些时候它们的枪身绿色或者棕色油漆，来识别。601是美国空军采用的第一种步枪，但是后来很快就被XM16／M16（柯尔特604型）给取代，因为后者有很多改良。也购买了一定数量的602型。大量的这两种型号的步枪在东南亚许多特战部队中使用，最著名的就是英国陆军空降特勤队（SAS）。601型和602型的唯一区别就是从原本14分之1英寸的膛线缠距改为了更常见的12分之1英寸的缠距。

M16

这个变种“XM16”正式为美国空军所采用，正式命名为“5.56mm口径M16步枪”。这是美国军方第一种正式采用的M16。这种改型具有三角形的护木，三瓣式消焰器，但没有复进助推器。机框本来是镀铬的，机框侧面被磨光，也没有装配复进助推器的槽口。后来，镀铬的机框被放弃了，因为陆军配发了装配复进助推器（枪机辅助闭锁装置）槽口以及磷化处理过的机框的试验型。空军继续使用这些武器，以及当部件磨损时进行翻新更换磨损部件。

XM16E1和M16A1

陆军的原型版本XM16E1和M16本质上是一样的，除了增加了复进助推器之外。M16A1是第一种最终化生产型。为了解决在XM16E1测试中暴露出来的问题，一种“鸟笼”消焰器取代了XM16E1的三瓣式消焰器。后者太容易让外来的物体进入，例如被树叶和细树枝卡住。当在战场上发现了许多问题之后，这些问题都作了相应的改动。此外也研制、配发清洁工具。内室镀铬的枪膛以及后来采用全镀铬的枪膛，大量的因为污物和锈迹导致的故障逐渐减少。问题在6个月内就解决了，以至于后来的部队已经对这些早期故障不甚熟悉了。

M16A2

M16A2所作的改动更加多。除了新的膛线之外，护木前的枪管进行了加粗，增加枪管的抗弯曲性能，减缓了连续射击时的过热，提高单发精度。觇孔直径改为5 mm，并加上一个新的可调节照门，可以使得照门因不同的射程，从300到800米调节，以及可以调整风偏，这可以充分利用新的SS109弹药的弹道特性。消焰器再次修改，这一次是将消焰器底部两个向下的开孔封闭，使其在俯卧射击时不会扬起灰尘或者雪花。护木截面从原本的三角形形状改成了有散热肋条可以起防滑作用的圆形，使其更适合小手掌的抓握。新的护木由原来的左右两半式也变成了上下两半对称型的，从而使得库存的备件不必单独区分左护木和右护木。后枪托设计得更长和更结实，据说比原先的设计结实10倍，因为其改进的塑胶材料和设计。更重的弹头具有减少的初速，从早期型号的3,200码每秒（975米每秒）到A2的大概2,900码每秒（875米每秒）。一个特别的弹壳偏向装置安装在上机匣内朝向抛壳口的后方来防止退出的弹壳打到左撇子的使用者。
枪机也重新经过设计，将原本的全自动模式改成了3发点射模式。训练不足的部队在使用全自动武器的时候，掌握不到控制连发射击的技巧，经常按下扳机不放，而造成散射。美国陆军得出结论：3发点射能够在节省弹药，准确度和火力密度之间提供一个最好的平衡。但是，在M16A2的点射机构有设计缺陷：扳机组件在扳机释放之后不会自动复位。举例来说，当一个士兵在点射时第二发和第三发之间就已经松开了扳机，那么下一次他再扣动扳机的时候只能射出一发子弹。即使在半自动模式中，扳机组件的机制也会影响武器的使用。每射出一发子弹后，扳机组件都会在点射模式的3级之间位置不同。在这些级数之间每一次扣动扳机力度都不太一样，会影响精确度，虽然对于大多数射手来说都不明显。
总的来说，M16A2的新特性给原本的M16增加了重量和复杂度，而且取消了全自动模式。当新的型号被认为更精确的时候，更重的子弹也带来了更弯曲的弹道曲线，从而使得距离估量的准确性要求更加高。舆论也指出觇孔的设计不理想，小觇孔不容易找准星，而大觇孔又降低了瞄准的准确性。更糟糕的是，照门的形状并非造在同一平面上。或者说，当照门因不同的射程调整的时候，弹着点将会发生改变。照门的距离调整功能在战斗中很少使用，因为士兵通常都会将它调到最低距离，也就是300米。但不管这些舆论的批评，不论是为了满足北约标准化的SS109（M855）还是为了替换军械库中越战时代的武器，这种新的武器还是需要装备的。

M16A3

M16A3是M16A2的全自动改型，为M16A2刚问世时所采购，数量不多，主要用于美国海军。它具有Safe-Semi-Auto（S-1-F）快慢机，就像M16A1一样。
关于M16A3的特性至今仍有一些混淆的地方。它经常被描述成M16A4的全自动版本。M16A3的正式描述说它使用了M16A4的皮卡汀尼导轨，因此上述说法不对。这种误解最有可能来自于民用枪支制造商给予的A2和A3代号，用来区分具有固定可拆卸携带提把的A2和具有皮卡汀尼导轨的版本。

M16A4

M16A4，现为美国海军陆战队的前线标准装备，美国陆军未采用但有列入战地手册（U.S. Army Field Manuals）中，它是将枪械与火控系统分别进行模块化来设计的。取消了之前的固定携带式提把以及金属照门的组合，而是以MIL-STD-1913皮卡汀尼导轨及可拆式提把取代之。这使得枪支可以同时装备可拆卸携带提把或者其他大部分军用和民用的瞄准具或者目视装置。所有美国海军陆战队的M16A4都装配了KAC的M5 RAS战术导轨，可以附加前握把，激光瞄准具，通用战术灯或者多种其他附件。在美国陆军战地手册里，使用了RAS的M16A4通常称为M16A4 MWS或模组化武器系统。这个型号仍然沿用了M16A2的三发点射模式。（部分美军士兵也会使用M16A4的上机匣和M4A1的下机匣进行结合改造，不过这种改造一般是不被允许的）
美国海军陆战队已于2015年10月以M4卡宾枪取代前线部队的M16A4，这些被步枪被转交给非前线部队和支援岗位使用。

柯尔特M655和M656“狙击手”改型

随着东南亚的冲突不断增加，柯尔特研制了两个M16的改型，作为狙击手或精确射手步枪。柯尔特M655高轮廓M16A1本质上是标准的A1步枪，但是配备了重型枪管以及可拆卸携带提把上安装的瞄准镜。柯尔特M656低轮廓M16A1具有一个特别的上机匣，没有可拆卸携带提把。但是它有一个可调风偏的机械瞄准具以及韦佛式瞄准具基座。后者是柯尔特和皮卡汀尼导轨导轨的先驱。除了重的枪管之外，它还具有一个有护圈的的金属准星。两种步枪都成为了标准，使用莱瑟伍德或者Realist的3-9倍可调距离望远镜式（ART）瞄准镜。有一些还使用了Sionics消声器和消焰器。不过这两种步枪都没有成为标准化制式装备。
这些武器都可以看成美国陆军的美国陆军班用精确射手步枪（SDM-R）或者海军陆战队的美国海军陆战队班用先进射手步枪（SAM-R）的始祖。

XM177、M4卡宾枪、以及柯尔特M733

在越南，有些士兵配备M16的卡宾枪版本，称为XM177。XM177具有较短的枪管（~260毫米）以及一个伸缩式枪托，使得它能更加小型化。它还具有一个火药燃气通过几级膨胀室减缓膨胀速度从而降低枪口激波的消声／消焰器组合，可减少枪口火焰及噪声带来的问题。美国空军的GAU-5/A（XM177）改型以及美国陆军的XM177E1改型区别在于之后采用的复进助推器。最终的空军GAU-5A/A和陆军XM177E2具有长度290毫米枪管，以及更长的消声／消焰器。枪管加长是为了能够支持柯尔特的XM148 40毫米榴弹发射器组件，也可以改善弹道性能。这些版本也叫做柯尔特Commando型，以CAR-15的名字称呼及采购。这些改型只少量提供给特种部队，直升机机组，空军飞行员，士官，无线电操纵员，炮兵，以及其他部队，而不是前线士兵。由于枪管短，没有充分燃烧的火药颗粒很快就会堵塞消声／消焰器，会降低消声效果；另外消声／消焰器会影响准确性；最令人困扰的是在M16步枪上由于发射药引起的射速过快的问题在XM177E2上变得更严重。最后停止了对XM177E2的进一步改进，生产合同全部作废。唯一正式采用XM177的是美国空军。
M4卡宾枪是从这些设计派生研究出来的，包括一部分14.5英寸枪管的A1类型卡宾枪（柯尔特型号653）。1980年代，开始采用M16A2和新的M855／M856弹时，采用新膛线的卡宾枪开始取代这些A1类型卡宾枪。XM4（柯尔特型号720）在80年代中期开始测试，采用14.5英寸（368毫米）枪管。在1994年正式服役以取代M3冲锋枪（以及M9手枪和某些部队的M16A2）。在巴尔干半岛，2000年反恐战争，以及伊拉克战争中，它获得了巨大的成功。
柯尔特也回到了它原先的“Commando”构思，也就有了M733，本质上是现代化的XM177E2以及结合许多M16A2的特点。采用290 mm枪管，由于枪管极短，又采用了标准的M16A2的消焰器，因此膛口噪声和枪口焰的问题非常严重，这是柯尔特Commando屡遭批评的地方。
射孔武器（FPW）也研制完成，与M2布雷德利步兵战车搭配使用，为乘搭这些车辆的步兵提供一种能在车内通过射孔向外开火的方法，代号为M231。

Mk 4 Mod 0

Mk 4 Mod 0是在越战为海军海豹特种部队生产的M16A1改型，于1970年4月服役。它和基本的M16A1主要的区别在于Mk 4 Mod 0是为海军陆战队使用而优化的，具有消声器。该枪的大部分部件覆盖着Kal-Guard（润滑油），枪托和缓冲器管上有一个1/4英寸的孔用来排水，以及缓冲器组件末端的一个O形环。这个武器可以放在水下200码（60米）而不会有任何损伤。最初的Mk 2 Mod 0消风器是基于美国陆军人体工程学实验室（HEL）的M4消噪器。HEL M4将气体从枪机直接排出，但需要一个改进的机框。一个气体偏转器加装到拉机柄上面，来防止气体接触到使用者。因此常设了HEL M4，即使它可以允许半自动或全自动射击。如果移除HEL M4消声器，该枪可能需要在每次单发射击后手动装弹。另一方面Mk 2 Mod 0消风器也被认为是Mk 4 Mod 0步枪整体的一部分，但是它却可以在HEL M4移除后继续作用。Mk 2 Mod 0消风器也可以非常快的排出水，而不需要对拉机柄或者机框进行任何修改。在1970年代后期，Mk 2 Mod 0消风器被KAC的Mk2消风器代替。KAC消风器能够完全浸入水中，而在拿出水面的8秒钟内完全排干水分。即使在M16A1全速射击的时候，它也不会降低工作性能。美国陆军将HEL M4换成了简化很多的SIONICS的MAW-A1消声灭焰器。

流行文化

M16自动步枪以及它的改型在美国和其他许多国家的电影，电视和电子游戏中几乎无处不在。出现M16步枪的电影及电子游戏包括：

犯罪

2010年8月23日上午9时左右，一名被革职的菲律宾高级警务督察以坐便车为名，手持M16突击步枪登上香港康泰旅行社在菲律宾的旅游巴士，胁持车上25名人质并要求菲律宾政府让他复职，犯人最终在同日被菲律宾警察击毙，另有8名人质死亡、7名人质受伤。