M16是美国军方给由阿玛莱特公司AR-15发展而来的步枪家族所指定的代号。它是一支突击步枪，使用北约标准的5.56毫米口径弹药。M16曾经是自1967年以来美国陆军使用的主要步兵轻武器，也被北约15个国家使用，更是同口径枪械中生产得最多的一个型号。
M16是一支轻巧的5.56毫米口径步枪，具有通过导气管由高压气体直接推动机框操作启动的转动式枪机。它由钢，铝以及复合塑料制成。
M16主要分成三代。第一代是M16和M16A1，于1960年代装备，使用美军M193/M196子弹，能够以半自动或者全自动模式射击。第二代是M16A2，在1980年代开始服役，是用来发射比利时SS109子弹（北约5.56毫米口径标准弹药，美军制式M855/M856子弹）的。
M16A2可以半自动射击，也可以以最多3发连发的点射射击方式来射击。射击模式是由枪支一侧的选择开关决定的。最后，M16A4成为21世纪初美伊战争中美国海军陆战队的标准装备，也越来越多的取代了之前的M16A2.
在美国军队中，M16A4与M4卡宾枪的结合使用仍在逐步取代现有的M16A2.M16A4具有配备护木的四个皮可汀尼滑轨，可以使用光学瞄准镜，夜视镜，激光瞄准器，握柄以及战术灯。
除了早期有一些毛病之外，M16逐渐成为了成熟而可靠的武器系统。它主要由柯尔特轻武器公司以及赫斯塔尔国家兵工厂制造，而世界上很多国家都生产过其改型。其半自动版本AR-15，是由少数大生产商生产的，并加以许多细小的改进，从而美国流行的休闲用枪械之一。
M16的发展在1950年代由军方主导，1960年代在越南进行了一次很成功的实战测试。这导致在1964年M16正式被美国空军采用。许多个M16的改进版本陆续进行了实战测试，成功的产生了M16A1.M16A1仅仅是基于M16应军方要求加上了一个复进助推器。
它从1967年到1980年代一直都是美国陆军的主要步兵轻武器，直到被M16A2取代。M16A2如今反过来又被M16A4取代，后者采用了为M4卡宾枪开发的模块化“平顶”型机匣。该武器的最初版本仍然有库存，主要供留用，以及给国民警卫队以及美国空军使用。M16A3是M16A2的全自动改型，主要在美国海军中使用。
SALVO项目
在1948年，军队资助的设立了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。
之后超过3百万份两次世界大战中的战场伤亡报告被分析。他们在接下来的几年内发表了一系列的基于他们发现的报告。
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，精确瞄准没有什么意义，因为目标不再是原地不动的了。
最准确的伤亡率指示器就是总共发射的子弹数量。他们的结论建议步兵需要装备全自动的步枪，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28和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。虽然看上去新的T44（M14自动步枪的前身）能够增加发射速率，但是它沉重的弹药箱使得导致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。因此此时需要一种更小更轻的武器能够更快的投入使用。
这些努力并没有避开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斯普林菲尔德兵工厂为T25发展的大威力子弹的支持，而这是在T44还没有出现的时候。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的时候，它将会造成更大的伤亡。
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，开始了一系列的试验性。224英寸（5.69毫米）子弹的研究。1955年，他们要求增加研究预算的请求被否决了。
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SALVOII里，测试了几种试验概念性武器。AAI公司的爱尔文·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连发武器公司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22，25或27弹头装在一个温彻斯特308或斯普林菲尔德30-06子弹弹壳里。
尤金·斯通纳
正当T44的测试继续进行时，比利时赫斯塔尔国家兵工厂也通过美国哈林顿-理查森武器公司提交了他们的新式武器FNFAL，代号T48.然而，其测试的结果显然已经被放弃了。
T44被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，新成立的阿玛莱特公司的尤金·斯通纳领导了AR-10的开发。斯普林菲尔德的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式约翰逊轻机枪的设计，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，觇孔式照门表尺被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被取消参加选型的资格。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威莱德·维曼将军的手中。他立刻成立了一个小组来发展一种测试用的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毫米）的钢板。同时其伤害能力要达到或超过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。斯纳通当时正在为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，但是被证实太轻了。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是更加成功的。新枪被命名为AR-15.同时温彻斯特公司推出了一种基于他们的M1式卡宾枪的设计。斯普林菲尔德的埃利·哈维也尝试推出一个新的设计，但是被他斯普林菲尔德的上级给否决了，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，由雷明顿公司研制出来的新型223雷明顿步枪弹。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被错误的重新组装了。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自动步枪。
并不是所有的报告都是负面的。在一系列的AR-15，M14和AK-47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被快速投入战斗，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。
这时，创立阿玛莱特的仙童公司已经花费了145万元作为研究开销，而且看上去还远没有完。1959年12月仙童将AR-15生产权卖给了柯尔特轻武器公司，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，斯通纳离开了公司。
M16的采用
2003年，海军陆战队员用他们的M16步枪进行练习柯尔特公司进一步完善了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。
他立即订购了8，500支作为战略空军基地的防卫用途。柯尔特公司也同国防部高级研究计划局（简称ARPA）进行了磋商，后者购买了1，000支步枪以作为1962年初夏南越南部队的使用，进行全面的实战测试。
与南越南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-47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-47.
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.柯尔特公司开始利用这个事件，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随着美国部队到了越南，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式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。因此逐渐的步枪都被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-47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，XM16E1被大量的生产，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XM16E1，五角大楼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被谴责。射击中断故障通常是因为生锈的弹膛或发射药残渣，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，球状装药今天仍然被用作配发弹药。
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。
柯尔特公司，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.
柯尔特公司过分夸大了M16测试中体现出来的可靠性，他们宣称这种枪从来不用被清洗。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，部队被告知，因为它是划时代的武器，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‘Mattel’（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。
在陆军和政府内部，关于M16的争论再一次发生了。斯通纳的最新设计，一种被叫做斯通纳63的武器系列，被送到越南做测试。而SPIW镖弹武器测试计划也再次被启动。幸运的是，冷静的头脑占据了主导地位。
一个由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的清洗工具被迅速的生产出来。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南军队来说并不是这样的。
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，因为在实际上效费比不高。在当时，没有一种可靠的方法可以在一根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，并随着它一起被排出。
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，当部队被要求的时候，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StG44式样的7.6239毫米子弹，这已经比他们战时用的“全威力”7.6254毫米设计缩小了。
那些“小口径”阵营的人相信，在1970年代，当苏联采用了一种类似（或更小）的子弹，尺寸5.4539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：所有隶属北约的美国部队必须装备M16A1.英国军方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，因为英国人的280口径（7.1毫米）弹药曾被美国认为威力不足，而现在他们被告知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被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（小型机枪）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，枪管需要使用七分之一英寸缠距的膛线，而现有的十二分之一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分之一英寸，但是使用的是七分之一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被称为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。
结构
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，以及后托都是塑料做的。早期的型号特别轻巧，只有2.9千克（6.4磅）。这是远远比1950年代和1960年代的7.62毫米战斗步枪要轻的。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“公牛”枪管，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。但是在斯普林菲尔德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是被非法操纵的。
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带给弹系统。
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。
柯尔特公司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（SAW）获得青睐之后被取消。班组现在被配发一个火力小组一支M249来提供全自动火力。全自动版本（M16A3和M4A1）被美国军方配发给某些特殊的部队。
生产和使用
M16是世界上最普遍生产的5.5645毫米步枪。当前，M16/M4系统在15个北约国家和全世界80多个国家使用。美国和加拿大（迪马科C7）总共生产了8，000，000支枪，大概有90%还在使用。
在美国，M16主要用来替换M14自动步枪以及M1式卡宾枪来作为标准步兵武器，以及某些情况下勃朗宁自动步枪的替代。M14还会继续服役，只不过不会作为主要武器。它被作为狙击步枪，以及“精确射手”步枪使用，或是用于提供远程支援火力。
使用M16步枪及其变种的国家和地区包括：澳大利亚、巴巴多斯、伯利兹、玻利维亚、博茨瓦纳、巴西、文莱、缅甸、柬埔寨、喀麦隆、加拿大、智利、刚果、哥斯达黎加、丹麦、多米尼加共和国、斐济、法国、德国、加纳、希腊、格拉纳达、海地、洪都拉斯、爱尔兰、以色列、科威特、利比亚、马来西亚、墨西哥、摩洛哥、新西兰、挪威、印度尼西亚、牙买加、老挝、尼日利亚、荷兰、阿曼、巴拿马、菲律宾、卡塔尔、沙特阿拉伯、大韩民国、斯里兰卡、中华民国（台湾）、泰国、突尼斯、土耳其、英国、美国、乌拉圭和越南。
M16自动步枪主要改型
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）给取代了，因为后者有很多改良。602型也被购买了一定数量。
大量的这两种型号的步枪在东南亚许多特别行动单位中被使用，最著名的就是英国陆军SAS特种部队。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”正式地被美国空军所采用，正式命名为“5.56毫米口径M16步枪”。这是第一种被美国军方正式采用的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。清洁工具被研制及配发。内室镀铬的枪膛以及后来全镀铬的枪膛被使用，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，护木前的枪管被加粗，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毫米，一个新的可调节照门也被加上，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。
消焰器再一次被修改，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。后枪托被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被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。
枪机也被重新设计，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：扳机组件在扳机被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。每一发子弹被射出之后，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，照门的形状不是被造在同一平面上。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被使用，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，于M16A2刚问世的时候被采购，数量不多，主要用于美国海军的海豹特种部队。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，现在作为前线美国陆军和美国海军陆战队的标准装备，它是将枪械与火控系统分别进行模块化来设计的。取消了之前的固定可拆卸携带提把以及金属照门的组合，而是以MIL-STD-1913皮卡汀尼导轨取代之。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都装配了奈特武器公司的M5RAS护木，可以附加垂直握把，激光瞄准具，通用战术灯或者其他附件。在美国陆军战地手册里，使用了RAS的M16A4通常被称为M16A4MWS或模块化武器系统。这个型号沿用了M16A2的三发点射模式。
M16特殊改型
柯尔特655和656型“狙击手”改型
随着东南亚的冲突不断增加，柯尔特公司研制了两个M16的改型，作为狙击手或精确射手步枪。柯尔特655型高轮廓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656型低轮廓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”或者海军陆战队的“美国海军陆战队班用先进射手步枪”的始祖。
XM177，M4卡宾枪，以及柯尔特733型
虽然1990年代才服役，M4也只是美国部队里使用的短枪管AR-15长产品线的一部分。然而M4本身只是M16A2的一个版本；图中前面的是M4，后面的是M16A2，由两个海军陆战队员在实弹射击练习中持握在越南，有些士兵被配发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XM14840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Co毫米ando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，生产合同都被取消了。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，这些A1类型卡宾枪开始被采用新膛线的卡宾枪取代。
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“注油枪”（以及贝瑞特M9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“Co毫米ando”构思，也就有了733型，本质上是现代化的XM177E2以及结合许多M16A2的特点。采290毫米枪管。由于枪管极短，又采用了标准的M16A2的式消焰器，因此膛口噪声和枪口焰的问题非常严重，这是柯尔特Co毫米ando屡遭批评的地方。
Mk4Mod0
Mk4Mod0是在越南冲突中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Mk4Mod0是为海军陆战队使用而优化设计的，具有消声器。该枪的大部分部件被Kal-Guard（润滑油）覆盖，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Mk2Mod0消风器是基于美国陆军人体工程学实验室的M4消噪器。HELM4将气体从枪机直接排出，但需要一个改进的机框。一个气体偏转器被加装到拉机柄上面，来防止气体接触到使用者。
因此，HELM4被永久的安装，即使它可以允许半自动或全自动射击。如果HELM4消声器被移除，该枪可能需要在每次单发射击后手动装弹。另一方面Mk2Mod0消风器也被认为是Mk4Mod0步枪整体的一部分，但是它却可以在HELM4被移除后继续工作。
Mk2Mod0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，Mk2Mod0消风器被奈特武器公司的Mk2消风器代替。
KAV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HELM4换成了简化很多的SIONICS公司的MAW-A1消声灭焰器。