20世纪70年代中期以来，前苏联在电离层和大气层外的宇宙系列卫星、载人飞船和“礼炮”号空间站上前后进行了8次带电粒子束传导方法试验；在列宁格勒地区进行过粒子束武器的地上试验，试验装置有线性电磁感应加速器、Y射线仪器、X射线仪器、磁力存储器和多频道超高压开关等，而且进行过带电粒子束对洲际弹道导弹、宇宙飞船以及固体燃料目标的照射试验。1978年，前苏联在民主德国制造了0.5兆伏特、80焦耳、16层7列的粒子束产生装置。
美国海军在20世纪70年代建立了开发粒子束武器的“跷板”计划，研究用带电粒子束拦截导弹的核弹头。美国国防部在1981年设立了定向能技术局来开发粒子束武器和激光武器，从1981财年开始实施预算额为3.15亿美元的5年开发计划。粒子束作为武器使用时必须兼备大电流和高能量以及数兆瓦的能源，它要在现有的基础上，功率增加几千倍，甚至几万倍。粒子束击中目标后，放出电子，质子直穿而入，待能量耗尽后停止。
地基粒子束武器要解决在大气层中的传输距离问题。中性粒子束散焦度低，要产生达到破坏未来加固目标所需要的亮度非常困难。因为中性粒子束无法穿越大气层，所以只能将其装在卫星上，与此同时，减小加速器尺寸和重量却成为了另一个难题。另外还要研究中性粒子破坏目标内部设备的机理。
为了能保证地基粒子束武器能从地面发射粒子束，就需要有足够的射程。天基粒子束武器要在外层空间作战，在监视和跟踪系统方面，对传感器有着极高的要求，而且需要适合于部署在空间的尺寸和重量。前苏联在20世纪80年代的时候，在哈萨克斯坦的萨雷沙甘建设的粒子束加速器占地大约有四个足球场的大小，就连美国的粒子加速器也有一幢楼那么大，所以，天基部署的实现有着极大的困难。
粒子束武器的原理其实并不复杂，但是如果要进入实战，其难度就非常大了。第一个要面临的就是能源问题。粒子束武器必须要有强大的脉冲电源为基础。如要在导弹壳体上烧个小孔，粒子束到达目标的脉冲功率须达到1013瓦，能量为107焦耳。假设粒子加速器的效率为30％，即使忽略掉粒子束在传输中损失的能量，加速器脉冲电源功率也至少要达到3×1013瓦，而就目前的情况而言，最先进的脉冲电源的功率只有107瓦。中性粒子束武器实用化最关键的脉冲电源功率技术是连续波甚高频射频源。
由于存在着上述一系列技术难题，尽管各个国家都在对粒子束武器进行积极的研究，但地基和天基粒子束武器目前尚处于实验室的可行性验证阶段，根据相关科学家推测，这种武器要进入实战部署至少要到2020年以后才有可能。美国在这方面已做了基础工作：进行粒子束产生、控制、定向和传播技术理论验证和实验室的试验，用加速试验台进行试验，验证中性粒子束方案的可行性，同时探讨带电粒子束方案。按照美国的天基粒子束武器方案，氢原子束的能量为200兆电子伏特，武器重量60吨，用以拦截大气层外助推段和中段飞行的洲际弹道导弹的弹头。
俄、美对于粒子束武器的出发点是立足于空间作战与防御，主要工作是基础研究和高能量转换技术的研究；对于地基粒子束武器的研究只局限于作为点防御作战的近程武器系统范围，主要是确保带电粒子束在大气层中长距离的稳定传播。
美国已确定粒子束武器的潜在用途是拦截导弹、攻击卫星以及在敌防区外实施扫雷等。目前产生粒子束的方法是利用线性电磁感应加速器，但由于加速器太笨重，无法投入战场使用。美国在基础研究中主要是抓紧研究适于部署在地基和天基反导平台上的小型、高效加速器及其技术。美国利用线性电磁感应加速器产生粒子束，通过同一加速器，连续再循环脉动的粒子束，以便让粒子束在现有的小型加速器中环流，把能量逐渐加到每次通过的粒子上。美国陆军弹道研究实验室称，尚需进一步证实小型环流电磁感应加速器的原理。这种加速器能否投入战场使用，加速器的尺寸和重量是关键因素。美国还研制过一种实验加速器装置，其尺寸不大于一个办公桌，这是部署在外层空间可以接受的尺寸。
能量转换技术的研究的目的是要形成高速粒子脉冲。美国空军的研究机构称，传统的可控硅开关和火花放电开关的研究已经完成，下一步要开展磁性开关研究，这种开关基于饱和的电磁感应原理，具有很高的重复率。
四、粒子束武器的组成
虽然粒子束武器种类繁多，但就其武器系统的组成来讲则基本相同。一般来说，粒子束武器系统由预警系统、跟踪瞄准系统、指挥和控制系统、高能粒子束形成设备和电源系统五大部分组成。
1.预警系统
粒子束武器所射击的目标，运动速度都很快。如战略弹道导弹的飞行速度最高可达20倍声速，因此从发现目标到摧毁目标的时间最多只有20多分钟。如果射击中程弹道导弹则时间更短，仅有5～10分钟。可见在这样短的时间内要不贻误战机，就必须尽早地发现远距离目标。预警系统一般由超远程雷达和预警卫星组成。
2.跟踪瞄准系统
预警系统虽然能在远距离发现目标，但是由于它的测量精度不高，无法控制狭窄的粒子束准确地射中目标，因此还要有一套精密的跟踪瞄准设备。跟踪瞄准设备的主要任务是精确测定目标的各种飞行参数，计算粒子束的发射角，适时控制粒子束射击。在射击之后及时判明射击效果，以便确定是否可以转移火力射击其他目标。或者测定前一次射击的脱靶量，修正射击偏差，进行再次射击等。
3.指挥和控制系统
为了使整个粒子能束武器系统的各个组成部分协调一致地工作，还需要配置一套指挥控制设备，以便自动控制各种设备并迅速做出作战决策。
4.高能粒子束形成设备
该设备是整个粒子束武器系统的核心部分，它是用来产生高能粒子束，并聚焦成一股狭窄的束流。
高能粒子束形成设备是由高能电源、粒子产生装置、粒子加速器和电磁透镜等部分组成。其中高能电源和粒子加速器是整个武器的核心部分。粒子束武器产生高能粒子束的简单原理是：首先由发电机输出巨大的电能，通过储能及转换装置变成高压脉冲，然后粒子束产生装置将高压脉冲转换为电子束，电子束中的粒子进入粒子加速器后，被加速到接近光的速度，最后再由电磁透镜中的聚焦磁场（其作用就像放大镜可以将阳光聚集成一个很小的光点一样）把大量的高能粒子聚集成一股狭窄的束流。
其中，粒子加速器是整个粒子束武器系统的核心装置，它包括粒子注入器、加速器、能源、储能及能量转换设备等。粒子加速器将微观粒子加速到接近光速的速度，并且将其聚集成一个非常细的射束，然后发射出去杀伤破坏目标。它的工作原理是：带电粒子在电磁场中都会受到电磁场力的作用，为此专门设计一个多级有规律变化的电磁场，通过带电粒子源和这些粒子经过电磁场的加速，使带电粒子的速度连续不断地增加到接近于光速，然后通过聚焦磁场把带电粒子束聚集成束流射向目标。
5.电源系统
电源系统是粒子能束武器系统各组成部分的动力源，也是粒子能束武器的“弹药库”。
当目标被预警雷达或者预警卫星发现以后，首先预警系统和指挥控制设备判定其危险程度，然后再视情况控制跟踪瞄准设备对目标进行精确测量。与此同时，粒子束产生设备和高能粒子加速器开始启动，并开始进行低能加速。当跟踪瞄准系统获得了所需要的数据后，计算机便开始计算粒子束的发射参数。当目标进入有效射程时，指挥控制设备自动控制发射高能粒子束。如果击中了目标，由跟踪瞄准设备判断射击效果。如果没有击中目标，则跟踪瞄准设备立即测出脱靶量，指挥控制设备按照偏差量自动进行修正，接着便再次实施射击，直至目标被摧毁为止。