ขีปนาวุธที่ใช้วิถีโคจรแบบบัลลิสติก จะส่ง หัวรบไปไกลเกินขอบฟ้า ในกรณีของขีปนาวุธที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ซึ่งจัดอยู่ในประเภทขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) (และขีปนาวุธที่ยิง จากเรือดำน้ำ (SLBM) หากขนส่งโดยเรือดำน้ำ ) พวกมันสามารถไปได้ไกลเกือบหลายหมื่นกิโลเมตร ขีปนาวุธบัลลิสติกส่วนใหญ่จะออกจากชั้นบรรยากาศของโลกและกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศอีกครั้งในวงโคจรย่อย ขีปนาวุธบัลลิสติกไม่ได้ติดตั้งหัวรบนิวเคลียร์เสมอไป แต่ลักษณะการยิงที่เด่นชัดและน่าตกใจมักทำให้ ICBM และ SLBM ซึ่งเป็นขีปนาวุธบัลลิสติกที่มีประสิทธิภาพสูงสุด ไม่ติดตั้งหัวรบแบบธรรมดา

การวางขีปนาวุธนิวเคลียร์ในวงโคจรต่ำของโลกถูกห้ามโดยสนธิสัญญาอวกาศตั้งแต่ปี 1967 แล้ว นอกจากนี้ระบบการทิ้งระเบิดวงโคจรแบบแยกส่วน (FOBS) ของโซเวียต ซึ่งมีจุดประสงค์คล้ายกัน—เพียงแต่ได้รับการออกแบบให้ลดระดับวงโคจรลงก่อนที่จะโคจรครบรอบ—ก็ถูกยกเลิกไปในเดือนมกราคม 1983 เพื่อให้เป็นไปตามสนธิสัญญาSALT II

ขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) มีความเร็วมากกว่าเครื่องบินทิ้งระเบิด ถึง 20 เท่า และเร็วกว่าเครื่องบินรบ ถึง 10 เท่า อีกทั้งยังบินในระดับความสูงที่สูงกว่ามากจึงทำให้ยากต่อการป้องกัน นอกจากนี้ ขีปนาวุธข้ามทวีปยังสามารถยิงได้อย่างรวดเร็วในกรณีของการโจมตีแบบไม่ทันตั้งตัว

ขีปนาวุธยุคแรกๆ บรรจุหัวรบ เพียงหัวเดียว ซึ่งมักมี กำลังทำลายล้างระดับ เมกะตันเนื่องจากความแม่นยำของขีปนาวุธมีจำกัด กำลังทำลายล้างสูงเช่นนี้จึงถือว่าจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าเป้าหมายจะถูกทำลายอย่างเด็ดขาด ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา อาวุธขีปนาวุธสมัยใหม่ได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการกำหนดเป้าหมายที่แม่นยำยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการปรับปรุงระบบนำทางเฉื่อยทำให้เกิดหัวรบขนาดเล็กที่มีกำลังทำลายล้างระดับหลายร้อยกิโลตันและส่งผลให้ขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) มีหัวรบหลายหัวที่สามารถกำหนดเป้าหมายได้อย่างอิสระ (MIRV) ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีทำให้ขีปนาวุธเพียงลูกเดียวสามารถปล่อยหัวรบได้หลายหัว โดยจำนวนหัวรบขึ้นอยู่กับการออกแบบของขีปนาวุธและระบบบรรทุกหัวรบ MIRV มีข้อดีหลายประการเหนือกว่าขีปนาวุธที่มีหัวรบเพียงหัวเดียว ด้วยต้นทุนที่เพิ่มขึ้นเพียงเล็กน้อย ทำให้ขีปนาวุธเพียงลูกเดียวสามารถโจมตีเป้าหมายได้หลายเป้าหมาย หรือสร้างความเสียหายสูงสุดต่อเป้าหมายเดียวโดยการโจมตีด้วยหัวรบหลายหัว สิ่งนี้ทำให้ การป้องกัน ขีปนาวุธยากขึ้นและไม่คุ้มค่าทางเศรษฐกิจยิ่งกว่าเดิม

หัวรบขีปนาวุธในคลังแสงของอเมริกาจะระบุด้วยตัวอักษร "W" ตัวอย่างเช่น หัวรบขีปนาวุธ W61 จะมีชุดฟิสิกส์เหมือนกับระเบิดแรงโน้มถ่วง B61 ที่กล่าวถึงข้างต้น แต่จะมีข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมที่แตกต่างกัน และข้อกำหนดด้านความปลอดภัยที่แตกต่างกัน เนื่องจากจะไม่มีลูกเรือคอยดูแลหลังจากปล่อย และจะยังคงอยู่บนขีปนาวุธเป็นเวลานาน^{[ 14 ]}

แม้ว่าขีปนาวุธข้ามทวีปสมัยใหม่รุ่นแรกที่ได้รับการออกแบบจะเป็นพื้นฐานของจรวดและขีปนาวุธในปัจจุบัน แต่ก็ไม่เคยบรรทุกหัวรบนิวเคลียร์ ขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) รุ่นแรกที่ได้รับการออกแบบคือR-7ของ โซเวียต

เรือดำน้ำบรรทุกขีปนาวุธ SLBMลำแรกก็เป็นของโซเวียตเช่นกัน เรือ ดำน้ำ ต้นแบบชั้น Modified Zuluและเรือดำน้ำชั้นGolf ที่ผลิตจำนวนมากนั้นบรรทุก ขีปนาวุธ SLBM ไว้ที่หอควบคุม แต่การออกแบบที่ล้ำสมัยเหล่านี้จำเป็นต้องขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อยิงขีปนาวุธ ฝ่ายอเมริกันจึงตอบโต้ด้วยการออกแบบเรือดำน้ำบรรทุกขีปนาวุธ "สมัยใหม่" ลำแรก คือ เรือดำน้ำชั้นGeorge Washingtonซึ่งสามารถยิงขีปนาวุธ Polaris ได้ การแข่งขันด้านอาวุธในเวลาต่อมาได้นำไปสู่การออกแบบเรือดำน้ำขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมา เช่น เรือดำ น้ำชั้นOhioยาว 170 เมตรติดตั้งขีปนาวุธ Trident MIRV  24 ลูก และ เรือดำน้ำชั้น Project 941 Акулаหรือเรือดำน้ำชั้นTyphoon ขนาดเท่าเรือ ลาดตระเวนประจัญบาน น้ำหนัก 48,000 ตัน ติดตั้งขีปนาวุธ R-39จำนวน 20 ลูกแต่ละลูกมี MIRV 10 ลูก หลังสงครามเย็น การพัฒนาเรือดำน้ำติดขีปนาวุธนิวเคลียร์ (SSBN) และขีปนาวุธนำวิถีจากเรือดำน้ำ (SLBM) ในเวลาต่อมาได้ชะลอตัวลง แต่ประเทศมหาอำนาจนิวเคลียร์เกิดใหม่กำลังสร้าง เรือดำน้ำ ติด ขีปนาวุธ นิวเคลียร์ ( SSB ) รุ่นใหม่ในขณะที่ประเทศมหาอำนาจที่ก่อตั้งมานานแล้ว ซึ่งล้วนเป็นสมาชิกของคณะมนตรีความมั่นคงแห่งสหประชาชาติกำลังวางแผนพัฒนาเรือดำน้ำติดขีปนาวุธนิวเคลียร์พลังงานนิวเคลียร์รุ่นต่อไป 

หัวรบร่อนความเร็วเหนือเสียงเป็นหัวรบรูปแบบใหม่ที่ใช้ติดตั้งกับขีปนาวุธ อุปกรณ์ที่สามารถควบคุมทิศทางได้เหล่านี้คุกคาม ระบบป้องกัน ขีปนาวุธ แบบเดิม ดังนั้นประเทศมหาอำนาจนิวเคลียร์ทั้งที่เพิ่งก่อตั้งและที่มีอยู่แล้วต่างเร่งพัฒนาและใช้งานระบบดังกล่าว

ขีปนาวุธร่อน (Cruise missile)คือขีปนาวุธที่ ขับเคลื่อน ด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นหรือจรวดบินด้วยหลักอากาศพลศาสตร์ในระดับความสูงต่ำ โดยใช้ระบบนำทางอัตโนมัติ (โดยปกติคือระบบนำทางเฉื่อยบางครั้งอาจเสริมด้วยGPSหรือการอัปเดตข้อมูลระหว่างการบินจากฝ่ายเดียวกัน) เพื่อทำให้ตรวจจับหรือสกัดกั้นได้ยากขึ้น ขีปนาวุธร่อนสามารถบรรทุกหัวรบนิวเคลียร์ได้ มีระยะทำการสั้นกว่าและบรรทุกน้ำหนัก ได้น้อย กว่าขีปนาวุธวิถีโค้ง ดังนั้นหัวรบจึงมีขนาดเล็กกว่าและมีอำนาจทำลายล้างน้อยกว่า

AGM -86 ALCMเป็นขีปนาวุธร่อนติดหัวรบนิวเคลียร์ ที่ กองทัพอากาศสหรัฐฯใช้ในปัจจุบันALCM ติดตั้งอยู่บน เครื่องบินทิ้งระเบิด B-52 Stratofortress เท่านั้น ซึ่งสามารถบรรทุกขีปนาวุธได้ 20 ลูก ดังนั้น ขีปนาวุธร่อนเหล่านี้จึงสามารถเปรียบเทียบได้กับหัวรบ MIRV ส่วน ขีปนาวุธร่อน BGM/UGM-109 Tomahawk ที่ยิงจากเรือดำน้ำนั้นสามารถบรรทุกหัวรบนิวเคลียร์ได้ แต่หัวรบนิวเคลียร์ทั้งหมดถูกถอดออกไปหลังจากสนธิสัญญาว่าด้วยกองกำลังนิวเคลียร์พิสัยกลาง (Intermediate-Range Nuclear Forces Treaty )

ขีปนาวุธร่อนอาจถูกยิงจากแท่นยิงเคลื่อนที่บนพื้นดินและจากเรือรบ ได้เช่นกัน

ในคลังอาวุธของสหรัฐฯ ไม่มีตัวอักษรใดที่ใช้แยกแยะหัวรบของขีปนาวุธร่อนออกจากหัวรบของขีปนาวุธข้ามทวีป

ถึงแม้ว่าขีปนาวุธร่อนจะมีน้ำหนักบรรทุก ความเร็ว และความพร้อมในการโจมตีที่ต่ำกว่า แต่ก็มีข้อดีหลายประการเหนือกว่าขีปนาวุธวิถีโค้งสำหรับการโจมตีด้วยอาวุธนิวเคลียร์:

• การตรวจจับการยิงขีปนาวุธร่อนจากดาวเทียมและวิธีการตรวจจับระยะไกลอื่นๆ ในระยะแรกนั้นทำได้ยาก ทำให้ การโจมตีมีลักษณะ เป็นการโจมตีแบบไม่ทันตั้งตัว
• นอกจากนั้น ความสามารถในการบังคับทิศทางอย่างคล่องแคล้งขณะบิน ยังช่วยให้สามารถแทรกซึมเข้าไปในระบบต่อต้านขีปนาวุธเชิงยุทธศาสตร์ที่มุ่งเป้าไปที่การสกัดกั้นขีปนาวุธซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะบินเป็นวิถีโค้งโดยไม่ต้องใช้การบังคับทิศทางที่ซับซ้อน

อย่างไรก็ตาม ขีปนาวุธร่อนมีความเปราะบางต่อระบบป้องกันภัยทางอากาศ ทั่วไป เนื่องจากโดยพื้นฐานแล้วมันเป็นอากาศยานไร้คนขับที่ใช้ได้ครั้งเดียว กลยุทธ์ต่างๆ เช่นการบินรบของเครื่องบินขับไล่หรือระบบป้องกันภัยทางอากาศแบบบูรณาการที่ประกอบด้วยทั้งการบินลาดตระเวนทางอากาศ (CAP) และองค์ประกอบภาคพื้นดิน เช่นขีปนาวุธต่อต้านอากาศยาน (SAM)สามารถนำมาใช้เพื่อป้องกันการโจมตีด้วยขีปนาวุธร่อนได้

ก่อนการพัฒนาขีปนาวุธนำวิถีติดหัวรบนิวเคลียร์ที่ยิงจากเรือดำน้ำสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตได้ทำการลาดตระเวนป้องปรามทางทะเล ครั้งแรก โดยใช้เรือดำน้ำดัดแปลงที่ติดตั้งขีปนาวุธร่อนติดหัวรบนิวเคลียร์ขนาดใหญ่มากสหรัฐฯ ใช้เรือดำน้ำดีเซลไฟฟ้า หลายลำ ที่ติดตั้งขีปนาวุธ Regulusและสหภาพโซเวียตใช้ เรือดำน้ำ ชั้นModified Whiskeyที่ติดตั้งขีปนาวุธP-5 Пятёркаเรือดำน้ำติดหัวรบนิวเคลียร์รุ่นแรกๆ เหล่านี้ประจำการอยู่หลายทศวรรษจนกระทั่งมีเรือดำน้ำติดหัวรบนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ (SSBN) เข้าประจำการมากพอ จึงได้ปลดประจำการ เรือดำน้ำรุ่นใหม่ที่พัฒนาต่อยอดจากเรือดำน้ำเหล่านี้ โดยติดตั้งขีปนาวุธร่อนขนาดเล็กกว่าและมีจำนวนมากกว่า ยังคงประจำการอยู่ในปัจจุบันในบทบาทการโจมตีทางยุทธวิธี แม้ว่าจะสามารถติดตั้งขีปนาวุธร่อนติดหัวรบนิวเคลียร์ได้หากจำเป็นก็ตาม

ในช่วงต้นสงครามเย็นทั้งสองฝ่ายต่างพิจารณา ถึง ขีปนาวุธนำวิถีติดหัวรบนิวเคลียร์ ที่ยิง จากอากาศหรือภาคพื้นดิน (บางครั้งอาจ ใช้พลังงานนิวเคลียร์ ด้วย ) แต่ทั้งสองฝ่ายก็ลงความเห็นว่าเทคโนโลยีในขณะนั้นยังไม่สามารถนำมาใช้ได้จริง ส่วนเครื่องบินพลังงานนิวเคลียร์นั้นถูกพิจารณาเนื่องจากเทคโนโลยี การบินและจรวดในขณะนั้นยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงความไม่เสถียรและประสิทธิภาพของเครื่องยนต์เจ็ทในยุคแรกซึ่งจำกัดระยะทำการและการใช้งานของเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์และขีปนาวุธนำวิถี ต่อมาในช่วงสงครามเย็น ทั้งสองด้านได้พัฒนาไปไกลมากพอที่จะสร้างขีปนาวุธนำวิถีระยะไกลที่เชื่อถือได้และเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ที่สามารถยิงขีปนาวุธเหล่านั้นได้ จึง เกิด การแข่งขันด้านอาวุธ ขึ้นอีกครั้ง ซึ่งก่อให้เกิดขีปนาวุธนำวิถีและระบบยิงในยุคหลังสงครามเย็นเทคโนโลยี VLSยังช่วยให้เรือรบสามารถติดตั้งขีปนาวุธนำวิถีติดหัวรบนิวเคลียร์ได้โดยที่ยังคงซ่อนน้ำหนักบรรทุกที่แท้จริงไว้ได้ ในปี 2018 ประธานาธิบดีวลาดิมีร์ ปูติน ของรัสเซีย ได้เปิดเผย ขีปนาวุธนำวิถีเชิงยุทธศาสตร์พลังงานนิวเคลียร์รุ่นแรกที่ใช้งานได้จริง คือSSC-X-9 "Skyfall" (9М730 Буревестник ) ขีปนาวุธ นี้อยู่ระหว่างการพัฒนาและมีกำหนดเข้าประจำการในช่วงทศวรรษ 2020

ตัวอย่างเช่นกลไกการส่งมอบ ดังกล่าวสองอย่าง ได้แก่ Atlas ICBMและTitan IIถูกนำมาใช้ใหม่เป็นยานปล่อย มนุษย์ สำหรับการบินอวกาศของมนุษย์โดยทั้งสองอย่างถูกใช้ในโครงการพลเรือนProject MercuryและProject Geminiตามลำดับ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาการบินอวกาศของมนุษย์ในสหรัฐอเมริกา^{[ 18 ] [ 19 ]}ยาน Atlas ส่งJohn Glennชาวอเมริกันคนแรกขึ้นสู่วงโคจร ในทำนองเดียวกัน ในสหภาพโซเวียต ยานปล่อยR-7 ICBMเป็นยานที่ส่งดาวเทียมเทียมดวงแรกขึ้นสู่อวกาศ คือSputnikเมื่อวันที่ 4 ตุลาคม 1957 และการบินอวกาศของมนุษย์ ครั้งแรก ในประวัติศาสตร์สำเร็จได้ด้วยยานVostok ซึ่ง เป็น รุ่นที่พัฒนามาจาก R-7 เมื่อวันที่ 12 เมษายน 1961โดยนักบินอวกาศYuri Gagarinยาน R-7 รุ่นที่ทันสมัยยังคงใช้เป็นยานปล่อยสำหรับสหพันธรัฐรัสเซียในรูปแบบของยานอวกาศ Soyuz เดิมที จรวดตระกูลโปรตอนได้รับการพัฒนาขึ้นในฐานะ "ขีปนาวุธข้ามทวีปขนาดใหญ่พิเศษ" เพื่อปล่อยหัวรบขนาดหนักที่มีอานุภาพ 100 เมกะตัน ซึ่งมีดีไซน์เดียวกับที่ใช้ในการทดสอบTsar Bomba ในปี 1961

ดาวเทียมพยากรณ์อากาศดวงแรกที่แท้จริงคือTIROS-1ซึ่งถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศ ด้วยยานปล่อย Thor-Ableในเดือนเมษายน พ.ศ. 2503 ^{[ 20 ]} PGM -17 Thor เป็นขีปนาวุธพิสัยกลาง ( IRBM ) รุ่นแรกที่กองทัพอากาศสหรัฐฯ ( USAF ) นำมาใช้งาน ดาวเทียมพยากรณ์อากาศที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบดวงแรกของสหภาพโซเวียต คือ Meteor 1ซึ่งถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 26 มีนาคม พ.ศ. 2512 ด้วยจรวดVostokซึ่งเป็นรุ่นดัดแปลงของขีปนาวุธข้ามทวีป R-7

WD-40ถูกใช้ครั้งแรกโดยConvairเพื่อปกป้องผิวภายนอก และที่สำคัญยิ่งกว่านั้นคือ "ถังบอลลูน" ที่บางเฉียบของขีปนาวุธ Atlasจากสนิมและการกัดกร่อน^{[ 21 ] [ 22 ]}ถังเชื้อเพลิงสแตนเลสเหล่านี้บางมากจนเมื่อว่างเปล่า จะต้องเติมก๊าซไนโตรเจนเข้าไปเพื่อป้องกันการยุบตัว

ในปี พ.ศ. 2496 ดร. เอส. โดนัลด์ สตูกีย์จากแผนกวิจัยและพัฒนาของคอร์นิง ได้คิดค้นไพโรเซรัม ซึ่งเป็นวัสดุ เซรามิกแก้วสีขาวที่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันได้ถึง 450  °C (840  °F) วัสดุนี้ได้รับการพัฒนามาจากวัสดุที่พัฒนาขึ้นสำหรับ โครงการ ขีปนาวุธ ของสหรัฐฯ และงานวิจัยของสตูกีย์เกี่ยวข้องกับวัสดุที่ทนความร้อนสำหรับกรวยหัวขีปนาวุธ^{[ 23 ]}

การนำทางที่แม่นยำจะช่วยให้ เรือดำน้ำของสหรัฐฯสามารถระบุตำแหน่งได้อย่างแม่นยำก่อนที่จะปล่อยขีปนาวุธ SLBM ซึ่งกระตุ้นให้เกิดการพัฒนาวิธีการสามเหลี่ยมที่ในที่สุดก็พัฒนามาเป็นGPS [ ^{24 ] แรง}จูงใจในการระบุตำแหน่งการปล่อยและความเร็วของขีปนาวุธที่แม่นยำ^{[ 25 ]}มีสองประการ คือ ส่งผลให้ความคลาดเคลื่อนของวงกลม ในการกระทบเป้าหมายแคบลง และด้วยเหตุนี้จึงลดความจำเป็นในการใช้หัวรบนิวเคลียร์ขนาดหนักหลายเมกะตัน รุ่นก่อนๆ เช่นW53เพื่อให้แน่ใจว่าเป้าหมายจะถูกทำลาย ด้วยความแม่นยำของเป้าหมายที่เพิ่มขึ้น ทำให้สามารถบรรจุหัวรบขนาดเบาหลายกิโลตันจำนวนมากขึ้นในขีปนาวุธหนึ่งลูกทำให้สามารถโจมตีเป้าหมายแยกกันได้มากขึ้นต่อขีปนาวุธ หนึ่งลูก

ในช่วงสุดสัปดาห์วันแรงงานในปี พ.ศ. 2516 การประชุมของเจ้าหน้าที่ทหารประมาณสิบสองนายที่เพนตากอนได้หารือเกี่ยวกับการสร้างระบบดาวเทียมนำทางเพื่อการป้องกันประเทศ (DNSS)การประชุมครั้งนี้ถือเป็นจุดเริ่มต้นของ "การสังเคราะห์ที่แท้จริงซึ่งต่อมากลายเป็น GPS" ต่อมาในปีนั้น โครงการ DNSS ได้รับการตั้งชื่อว่าNavstarหรือ Navigation System Using Timing and Ranging ^{[ 26 ]}

ในระหว่างการพัฒนา ขีปนาวุธ Polaris ที่ยิงจากเรือดำน้ำ จำเป็นต้องทราบตำแหน่งของเรือดำน้ำอย่างแม่นยำเพื่อให้มั่นใจได้ว่าความแม่นยำในการกำหนด เป้าหมายหัวรบ จะมีค่าความคลาดเคลื่อนแบบวงกลม สูง ซึ่งนำไปสู่การที่สหรัฐฯ พัฒนาระบบTransit ขึ้น ^{[ 27 ]}ในปี พ.ศ. 2492 ARPA (เปลี่ยนชื่อเป็นDARPAในปี พ.ศ. 2515) ก็มีบทบาทในระบบ Transit เช่นกัน^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

ระบบนำทางด้วยดาวเทียมระบบแรกTransit ซึ่ง กองทัพเรือสหรัฐฯใช้ ได้รับการทดสอบสำเร็จครั้งแรกในปี 1960 โดยใช้กลุ่มดาวเทียม 5 ดวง และสามารถให้ตำแหน่งนำทางได้ประมาณชั่วโมงละครั้ง ในปี 1967 กองทัพเรือสหรัฐฯ ได้พัฒนา ดาวเทียม Timationซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความสามารถในการวางนาฬิกาที่แม่นยำในอวกาศ ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่จำเป็นสำหรับระบบระบุตำแหน่งทั่วโลก (GPS) ในเวลาต่อมา ในช่วงทศวรรษ 1970 ระบบนำทาง Omegaบนภาคพื้นดินซึ่งใช้การเปรียบเทียบเฟสของการส่งสัญญาณจากสถานีคู่^{[ 34 ]}กลายเป็นระบบนำทางด้วยคลื่นวิทยุทั่วโลกระบบแรก ข้อจำกัดของระบบเหล่านี้ทำให้เกิดความต้องการโซลูชันการนำทางที่เป็นสากลมากขึ้นและมีความแม่นยำยิ่งขึ้น

แม้ว่าจะมีความต้องการการนำทางที่แม่นยำอย่างกว้างขวางในภาคการทหารและพลเรือน แต่แทบไม่มีความต้องการใดที่ถูกมองว่าเป็นเหตุผลที่สมควรสำหรับการลงทุนหลายพันล้านดอลลาร์ในการวิจัย พัฒนา ติดตั้ง และใช้งานระบบดาวเทียมนำทาง ในช่วงสงครามเย็น ภัย คุกคามทางนิวเคลียร์ต่อการดำรงอยู่ของสหรัฐอเมริกาเป็นความต้องการเดียวที่รัฐสภาสหรัฐฯ มองว่าเป็นเหตุผลที่สมควรสำหรับค่าใช้จ่ายนี้ ผลกระทบด้านการป้องปรามนี้เองที่เป็นเหตุผลที่ทำให้ GPS ได้รับเงินทุนสนับสนุนสามเหลี่ยมอำนาจนิวเคลียร์ประกอบด้วยขีปนาวุธนำวิถี จากเรือดำน้ำ (SLBM) ของกองทัพเรือสหรัฐฯ เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ และ ขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) ของ กองทัพอากาศสหรัฐฯ (USAF) การกำหนดตำแหน่งการยิง SLBM อย่างแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญยิ่งต่อการป้องปรามทางนิวเคลียร์ และเป็น ตัวคูณ กำลังรบ

การนำทางที่แม่นยำจะช่วยให้ เรือดำน้ำของสหรัฐฯสามารถกำหนดตำแหน่งได้อย่างแม่นยำก่อนที่จะปล่อยขีปนาวุธ SLBM ^{[ 24 ]}กองทัพอากาศสหรัฐฯ ซึ่งมีอาวุธนิวเคลียร์ 2 ใน 3 ของกลุ่มอาวุธนิวเคลียร์สามส่วน ก็มีความต้องการระบบนำทางที่แม่นยำและเชื่อถือได้มากขึ้นเช่นกัน กองทัพเรือและกองทัพอากาศกำลังพัฒนาเทคโนโลยีของตนเองไปพร้อมๆ กันเพื่อแก้ปัญหาที่โดยพื้นฐานแล้วเป็นปัญหาเดียวกัน เพื่อเพิ่มความอยู่รอดของขีปนาวุธ ICBM มีข้อเสนอให้ใช้แท่นยิงเคลื่อนที่ (เช่นSS-24และSS-25 ของรัสเซีย ) ดังนั้นความจำเป็นในการกำหนดตำแหน่งการยิงจึงมีความคล้ายคลึงกับสถานการณ์ของขีปนาวุธ SLBM

ในปี พ.ศ. 2503 กองทัพอากาศได้เสนอระบบนำทางด้วยคลื่นวิทยุที่เรียกว่า MOSAIC (MObile System for Accurate ICBM Control) ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือLORAN แบบ 3 มิติ มี การศึกษาต่อยอดในโครงการ57 ในปี พ.ศ. 2506 และ "ในการศึกษานี้เองที่แนวคิด GPS ได้ถือกำเนิดขึ้น" ในปีเดียวกันนั้น แนวคิดดังกล่าวได้รับการพัฒนาต่อในโครงการ621B ซึ่งมี "คุณสมบัติหลายอย่างที่คุณเห็นใน GPS ในปัจจุบัน" ^{[ 35 ]}และสัญญาว่าจะเพิ่มความแม่นยำสำหรับเครื่องบินทิ้งระเบิดของกองทัพอากาศรวมถึงขีปนาวุธข้ามทวีป (ICBM) การอัปเดตจากระบบนำทางของกองทัพเรือนั้นช้าเกินไปสำหรับความเร็วสูงของการปฏิบัติการของกองทัพอากาศ ห้องปฏิบัติการวิจัยของกองทัพเรือจึงดำเนินการพัฒนาอย่างต่อเนื่องด้วยดาวเทียม Timation (การนำทางตามเวลา) ซึ่งปล่อยขึ้นสู่อวกาศครั้งแรกในปี พ.ศ. 2510 และดาวเทียมดวงที่สามในปี พ.ศ. 2517 ได้นำนาฬิกาอะตอมเรือนแรกขึ้นสู่วงโคจร^{[ 36 ]}   

ระบบนำทาง GPS ที่สำคัญอีกระบบหนึ่งมาจากหน่วยงานอื่นของกองทัพสหรัฐฯ ในปี 1964 กองทัพบกสหรัฐฯ ได้ส่งดาวเทียม Sequential Collation of Range ( SECOR ) ดวงแรกขึ้นสู่วงโคจร ซึ่งใช้สำหรับการสำรวจทางธรณีวิทยา ระบบ SECOR ประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณภาคพื้นดิน 3 เครื่องจากตำแหน่งที่ทราบ ซึ่งจะส่งสัญญาณไปยังทรานสปอนเดอร์ของดาวเทียมในวงโคจร สถานีภาคพื้นดินที่สี่ ณ ตำแหน่งที่ไม่แน่นอน สามารถใช้สัญญาณเหล่านั้นเพื่อกำหนดตำแหน่งของตนได้อย่างแม่นยำ ดาวเทียม SECOR ดวงสุดท้ายถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรในปี 1969 ^{[ 37 ]}หลายทศวรรษต่อมา ในช่วงแรกๆ ของ GPS การสำรวจของพลเรือนกลายเป็นหนึ่งในสาขาแรกๆ ที่ใช้เทคโนโลยีใหม่นี้ เนื่องจากนักสำรวจสามารถได้รับประโยชน์จากสัญญาณจากกลุ่มดาวเทียม GPS ที่ยังไม่สมบูรณ์หลายปีก่อนที่จะมีการประกาศใช้งานอย่างเป็นทางการ GPS อาจถือได้ว่าเป็นวิวัฒนาการของระบบ SECOR โดยที่เครื่องส่งสัญญาณภาคพื้นดินได้ถูกย้ายไปยังวงโคจร