在飞行过程中，导引系统不断测量导弹与目标的相对位置及其实时运动情况，比较出与导弹发射前预设运动参数的偏差，形成导引信号，发出控制指令；控制系统则根据指令改变飞行姿态，控制导弹始终保持所要求的飞行姿态角和飞行的稳定性，控制导弹去攻击目标。简单地说，导引系统是测量飞行偏差，控制系统是修正飞行偏差。
制导系统通常采用4种制导方式，即自主制导、寻的制导、遥控制导和复合制导。巡航导弹通常采用惯性制导、星光制导、地形匹配制导、图像匹配制导、寻的制导等方式，并且广泛以其中两种或多种方式组成复合制导。攻击固定目标的巡航导弹通常采用“惯性制导+地形匹配制导”；攻击活动目标的巡航导弹（如反舰巡航导弹）多采用“惯性制导+末端寻的制导”。复合制导不仅可以实现巡航导弹的全程制导，而且提高了命中目标的精度。
二、惯性制导
惯性是物体的一种基本属性。导弹的质量在运动过程中不断发生变化，其惯性力也在变化，并不断地反映导弹飞行加速度的变化。因此，只要能随时测量导弹飞行中的加速度并进行积分运算，就可得出导弹的飞行速度；再对加速度进行第二次积分运算，即可得出导弹的飞行距离（即射程）。在导弹上安装测量导弹飞行加速度的仪表——加速度表，由它与弹上的其他仪器配合，即可实现对导弹射程的控制，这就是惯性制导系统的基本工作原理。
惯性制导是巡航导弹最普遍、最基本的制导方式。惯性制导系统通常由陀螺仪、加速度表、方向架和计算机等组成，利用惯性原理对导弹运动的速度和位置进行测量并校正飞行，通常在导弹飞行的初段和中段工作。根据惯性测量装置在导弹上的安装方式可分为两类：一类是平台式惯性制导。惯性测量装置安装在惯性平台上，惯性平台隔离弹体角运动对惯性测量的影响，从而直接得到需要的运动参数值。这样制导多用于早期巡航导弹。另一类是捷联式惯性制导。惯性测量装置直接安装在弹体上，这种制导必须通过计算机计算（排除弹体角运动的影响）才能获得所需要的运动参数值。现代巡航导弹大都采用捷联式惯性制导。33
对于惯性制导来说，只要在同一坐标系中确定了发射点和目标点的坐标位置，即可选定一条合适的飞行弹道。当然，发射点的位置容易确定，可利用多种精密仪器进行测量；而目标点往往在敌方境内，不可能实测，很难获得精确资料（除非使用卫星定位系统），只能通过多种手段获取相应情报，或通过该国公开的地理资料数据（有些国家公布的数据往往故意与实际数据有很大的偏差）加以修正。有了发射点和目标点的坐标等资料，即可预先编制巡航导弹的飞行程序。导弹发射后，惯性制导系统只要工作可靠，即可使导弹基本上按预定的弹道飞向目标。形象一点说，惯性制导解决了巡航导弹飞行的“大方向”。
惯性制导系统的全部仪器都安装在导弹内部，与无线电制导、地形匹配制导等相比，它的导引控制信息完全依靠导弹上的设备取得，不依靠任何外部设备和控制指令，能完全独立自主地进行工作。由于不与外界发生联系，惯性制导隐蔽性好、不受气象影响及其他外部因素干扰。但惯性仪表要求高、制造工艺复杂、价格昂贵，巡航导弹上天后一般不能改变其预定的飞行参数，而且随着射程的增大和飞行时间的增加，累积误差也会增大（每飞行l小时约几百米）。对于射程1000多千米的巡航导弹而言，即便使用目前最好的惯性制导系统，导弹在连续飞行几小时后固有的累积误差也可能达到很大的值，再加上受气象和推进系统性能变化的影响，最后就可能使导弹偏离目标较大的距离，达不到精确打击目标的要求。
因此，巡航导弹仅靠惯性制导是不可能满足要求的，必须加装辅助制导系统，以定期修正累积误差和提高制导精度。目前，巡航导弹上普遍使用的辅助制导系统分三类，一是利用地形高度信息的地形匹配制导系统；二是卫星导航定位数据；三是景象匹配制导系统。巡航导弹从一个安全的空域、海域或陆地发射后，首先在惯性制导系统控制下，经过初始的爬升（或俯冲）到达预定高度后，转入巡航飞行状态（高度一般比较低，如在海上最低5米，平原地区15米）。当巡航导弹从海洋进入陆地上空后，可采用地形匹配系统辅助制导；接近目标区后，通常会采用景象匹配等末端制导方式进行修正。而全球卫星导航定位系统则可进一步简化巡航导弹的制导工作流程，同时提高制导的精度。
三、地形匹配制导系统
地形匹配是指利用地形海拔高度特征进行定位的制导技术。这在用于低空飞行和攻击的现代飞行器上广泛采用。地形匹配制导系统在导弹飞行的初始段、中段和末段均可工作。雷达高度表、气压高度表和计算机即可组成最简单的地形匹配制导系统。地形匹配制导系统的工作原理可分为三步：一是数据制备，即绘制数字地图。根据从发射点到目标点间的航线情况，首先确定若干个（一般3~5个）地形匹配区，使巡航导弹飞行到该地区上空时能适时修正弹道。这个区域一般长为几千米的矩形。战前，通过侦察卫星、侦察飞机测量，并将匹配区划分成许多小方块，以每个小方块的平均海拔高度作为其高度值，进行量化后记下该数字。这就形成了一张用数字行列表示的高度变化图（即数字地图）。每个小方块边长可以是100米，也可做得更精细（如细分到20米），甚至将房子和水塔等在数字地图中标出来，显然，小方块分得越细致，数字地图就越逼近真实的地形图，然后将这些数字地图预先存贮在导弹计算机内。
二是数据实测。当巡航导弹按照惯性制导飞临预定的地形匹配区上空时（如果飞不到匹配区上空，就是打“飞”了，无法进行航线修正），导弹头部的雷达高度表对地面实时扫描，测出导弹离地相对高度（雷达高度表在导弹飞人预定匹配区前就已开始测取高度数据，在导弹离开预定匹配区时停止测量）；气压高度表测量导弹的海拔高度。由计算机对实测飞行高度数据与预先存贮的最佳飞行路线的数字地图数据进行对比，确定导弹偏离预定航线的偏差，例如，期望航线是0-20-0-10，实际航线是0-0-10-0，这就形成了横向偏差和纵向偏差。
三是修正航线。一旦巡航导弹实际航线与预定航线出现偏差，计算机可根据这一偏差适时发出控制指令信号，执行机构即可修正航线、保持航向。经过几次这样的地形匹配，就可以使巡航导弹较准确地到达目标区上空。
如果巡航导弹只采取“惯性制导+地形匹配制导”的“二合一”方式，那么，当战斗部飞临目标区上空后，除雷达高度表进行测高外，气压高度表也测量海拔高度（绝对高度），两值之差就是该地区目标的实际高度。计算机只要把目标的实际高度与预先存贮的目标高度数据进行对比，两者吻合，制导系统就发出指令，攻击目标；如果战斗部偏离目标，制导系统就要发出航线修正指令，直至击中目标。当然，由于巡航导弹燃料毕竟是有限的，接近目标区时往往已经接近“弹到粮绝”，这个过程不会多次重复。这种复合制导的最高命中精度约30米，可满足核巡航导弹的精度要求，但对于常规巡航导弹则有些“力不从心”。
一般而言，地形匹配区往往选择高度起伏明显、地形特征差异比较大的地区，而在大海或一马平川的平原地区，由于不存在高度差（或太小），地形匹配制导系统无法正常工作。因此，巡航导弹在海面上空飞行时只能采用惯性制导，只有在飞临陆地上空后才有可能采用地形匹配系统进行修正。由于惯性制导系统具有较大的固有偏差，如果巡航导弹在离海岸较远的海域发射，在刚上陆地时位置偏差可能比较大。为使地形匹配制导系统能够进行修正，预定第一个地形匹配区的数字地图应该足够宽（如10千米左右），以保证能够进行匹配；而后续匹配区的数字地图宽度可以小一些，在接近目标的最后一个地形匹配区则最小。
地形匹配制导系统的最大优点是数字地图数据比较稳定，不受气候和季节变化的影响，制导精度高（20米左右），且不受航程远近的影轨道位置每时每刻都可以精确预报。用户接收卫星发来的无线电导航信号，即可得到用户相对于卫星的距离等导航数据，再根据卫星发送信号的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而确定出用户所在位置的地理经纬度坐标和运动速度。
四、卫星导航定位
导航在日常生活中是还经常要用到的，例如，港口一般都建有高耸的灯塔，引导船只进港；机场则设有无线电导航台，引导飞机进场着陆。卫星导航定位的道理跟灯塔和机场导航台相似，只不过是把导航台的位置搬到了太空中而已，它具备高精度、全天候、全球覆盖、用户设备简便等优点。导航定位卫星可以提供导航定位数据，供海洋、地面、空中和空间运动平台接收后定位。目前，美国和俄罗斯都建立了全示卫星导航定位系统。部分国家已经在巡航导弹上采用了卫星导航定位。
卫星导航系统一般由多颗导航卫星组成的导航星座、数据注入站、计算中心和控制中心及用户接收设备等组成。卫星导航定位的原理还是测量学上测距交会定点方法。导航卫星在空间作有规律的运动，它的轨道位置每时每刻都可以精确预报。用户接收卫星发来的无线电导航信号，即可得到用户相对于卫星的距离等导航数据，再根据卫星发送信号的时间、轨道参数求出定位瞬间卫星的实时位置坐标，从而确定出用户所在位置的地理经纬度坐标和运动速度。
美国“导航星”全球定位系统（GPS）已在1993年全面投入使用。该系统由24颗导航定位卫星组网工作，均匀分布在6个等间距圆轨道面上，轨道高度约2万千米，卫星运行周期12小时，这样可以保证地球上任何用户、任何位置、任何时刻都能看到至少4颗卫星。导航卫星在L波段用两个频率（1575.42兆赫和1227.6兆赫）向用户发送C/A码（民用）和P码（军用）导航信号，并以S波段（1783.74兆赫）接收来自地面注入站的数据信息和控制指令，同时向地面监控中心发送各种遥测数据（2227.5兆赫），GPS接收机同时接收4颗卫星的导航信号，测算出自身至各卫星的距离，然后由计算机解得用户三维位置和用户时间等4个导航数据。其连续水平定位精度可达10米（P码）或100米（C/A码），测速精度优于0.1米/秒，授时精度优于1微秒。美国军方利用保密的P码为其各类陆地、海洋、空中平台和低轨道卫星提供高精度导航定位数据，而C/A码则是向全世界公开的，可以有偿使用。
俄罗斯全球导航卫星系统（GL,ONASS）也由24颗导航卫星组网，已在1995年6月全部发射升空（由于经费等限制而未完全使用）。其工作方式类似于美国GPS，但三维导航能力和精度要稍差于GPS。该系统发射频率1240~1260兆赫和1597~1617兆赫；导航信号分民用码和军用码，经纬度定位精度30~100米，测速精度0.15米/秒，授时精度1微秒。
很显然，卫星全球定位是一种非常便捷、高效的导航方法，不仅精度高，而且接收机体积小、质量轻、成本低，易于大量采用。因此，一些国家已在巡航导弹上加装了卫星定位系统，用于在飞行的初段和中段辅助修正惯性制导误差，如美国“战斧-3”巡航导弹就安装了单通道GPS接收机，在飞行过程中随时接收卫星导航信号进行定位。如果在地形匹配区内，“战斧-3”巡航导弹可同时获得地形匹配数据和GPS定位数据，则利用惯性制导系统位置误差随时间平稳变化的特性，对两个数据进行比较，剔除变化急剧的数据，经优选后与惯性制导系统组合。而在其余位置，只要判断GPS接收机信息正常，则直接修正惯性制导误差。
GPS制导是一种重要的精确制导技术，可以大大提高巡航导弹等各类精确制导武器的制导精度，例如，美军在海湾战争中曾使用“斯拉姆”空地导弹创下“两弹穿一孔”的战场新纪录。1991年1月19日，美海军1架A-7E和1架A-6舰载机编队去攻击伊拉克幼发拉底河上的一座大型水电站，在距离100千米处，A-7E发射了第一枚“斯拉姆”，导弹在A-6的引导下准确击中了水电站的外墙，炸开一个直径约4米的大洞。稍后，A-7E又发射了第二枚导弹，仍由A-6进行引导。令人惊奇的是，第二枚导弹不偏不倚地从第一枚炸开的洞口直接钻进水电站里面爆炸，既炸毁了发电机组，又没有对水库大坝主体造成任何破坏。“斯拉姆”是“鱼叉”空舰巡航导弹的机载对地攻击改进型，采用“惯性制导+GPS制导+末端红外成像寻的制导”，在首次实战考验中，发射的7枚“斯拉姆”导弹有4枚准确击中了目标。
据报道，美军“战斧-3”巡航导弹采用GPS制导后，命中精度可能达到3米左右。这个误差相对于其1600千米最大射程和318千克钝感战斗部而言，简直可以忽略不计。不过，该导弹使用的GPS接收机也有先天的不足，就是抗干扰能力很差。
五、景象匹配制导系统
景象匹配是一种利用特定地区（目标区）的景象特征进行定位的制导方法。其制导装置一般由成像传感器、图像处理装置、数字相关器和计算机等组成。工作过程类似于地形匹配制导系统。首先通过侦察获得距目标几十千米范围内地貌特征明显的地区，特别是目标（阵地、机场、港口、建筑等）本身的光学图像；再把景物图像匹配区划分为若干小方块，并将目标图像编码成数字阵列（即数字式景象匹配地图），再将这个图像存贮在一个闪光灯大小的数字相关器内。当巡航导弹飞临目标区上空时，弹头上的电视摄像机开始拍摄，实拍的景物图像经数字化处理后也形成数字式景象地图，与弹上预先存贮的数字式景象匹配地图进行比较，如有偏差，即发出指令改变航迹，直到二者吻合。