洲際彈道導彈發射後可以區分成下列三個飛行階段：
- 推進加速階段——從火箭發動機點火開始，飛行時間3-5分鐘不等，燃料燃燒完的速度通常為4公里/秒（固態燃料火箭的推進加速階段短於液態燃料火箭），本階段結束時導彈一般處於距地面150到400公里的高度（依選擇的彈道不同而變化）。
白楊-M洲際彈道導彈
- 中途階段（亞軌道飛行階段）——本階段約25分鐘，期間洲際彈道導彈主要在大氣層外沿著橢圓軌道作亞軌道飛行，軌道的遠地點距地面約1200公里，橢圓軌道的半長軸長度為0.5~1倍地球半徑，飛行軌道在地球表面的投影接近大圓線（之所以是“接近”而非“重合”是由於飛行期間地球本身自轉造成的偏移）。在本階段攜帶多彈頭重返大氣層載具或者是分導式多彈頭的洲際彈道導彈會釋放出攜帶的子彈頭，以及金屬氣球、鋁箔干擾絲和全尺寸誘餌彈頭等各種電子對抗裝置，以欺騙敵方雷達。
圖中八條亮線為同一導彈釋放出的八個彈頭
- 再入大氣層階段，從距地面100公里開始計算，飛行時間約2分鐘，撞擊地面時的速度可高達7公里/秒（早期的洲際彈道導彈小於1公里/秒）。
美國俄亥俄級潛艦發射彈道導彈
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