定向能反卫星武器通过发射高能激光束、粒子束和微波束照射目标，使其毁坏或丧失工作能力。定向能反卫星武器包括激光武器、粒子束武器和微波武器，部署平台有地基、空基和天基。
定向能武器主要以热效应、冲击效应和辐射效应杀伤卫星。定向能武器能量大、速度快、精度高，通过定向照射目标，使运行轨道上卫星的传感器、光电仪器失效。
目前较成熟的定向能武器是激光武器。激光武器反卫星的方式通常有两种：一是利用高能量的激光完全摧毁卫星，二是利用低能量激光干扰和致盲破坏其光电传感器。由于卫星轨道容易探测到，光电仪器设备的破坏阈值较低，因而相对于战略反导激光武器而言，其技术难度较小，费用较低。
苏联从20世纪60年代开始研究激光反卫星武器。20世纪70年代中期，苏联地基反卫星激光器开始进行试验。1975年10月，苏联连续5次用氟化氢激光器照射两颗飞临西伯利亚上空的美国用于监视洲际弹道导弹发射井的早期预警卫星，使其失效达4小时之久。
美国在研的高能激光武器有地基反卫星激光武器、空基反卫星激光武器和战略防御天基“阿尔法”化学激光武器。地基反卫星激光武器用于反低地球轨道卫星，能干扰、致盲和摧毁低轨道上的军用卫星。
美国在1989年1月9日通过的一项反卫星武器发展计划将激光反卫星武器与动能反卫星武器放在同等重要的位置上。从1992年2月开始，美陆军战略防御司令部利用“中红外先进化学激光器”和与之配套的“海石”光束定向器进行了一系列激光反卫星试验。
1997年10月，美国在新墨西哥州南部沙漠深处的白沙导弹靶场高能激光系统试验中心，利用“中红外先进化学激光器”向在轨道上运行的MSTI-3号气象卫星发射了两束高能激光（持续时间分别为不到1秒和大约10秒），激光束直径两米左右，激光器的输出能量为两兆瓦。
试验使得该卫星不能正常工作。这次试验中该激光器并没有满负荷运转。试验表明了美国已经具有利用激光器摧毁敌方的轨道卫星的能力。海湾战争爆发前数月，美国曾用其反卫星能力来威胁法国，旨在迫使其停止向伊拉克出售法国SPOT卫星在海湾地区上空拍摄的卫星图像，并最终取得成功。
美国的空基高能氧碘化学激光器则是由波音747飞机携带，主要用于攻击处于助推段飞行的弹道导弹，必要时也可用于反卫星。该飞机正在试飞中。美国正在研制战略防御天基“阿尔法”化学激光武器，用于攻击卫星和弹道导弹。
粒子束武器是通过高能加速器将电子、质子等粒子和中性原子加速到极高的速度，将其聚焦成密集的束流后射向目标。
粒子束武器对目标的杀伤效应有两种：一是热效应。粒子束达到目标上时，与目标的材料相碰撞，便把能量传递目标材料，使其温度升高。当温度升足够高时，会引起材料热应力发生变化，从而发生破裂，当其温度进一步升高时，会使材料熔化，使目标物质结构被破坏。
二是电效应。粒子束穿过电子设备时，会引起设备中的半导体产生电子——空穴对，从而引起脉冲电流。这种脉冲电流产生阻抗热，破坏电路。
粒子束武器主要有以下优点：一是速度快。粒子束的运动速度可达到零点几倍光速或接近光速，因而用于反导和反卫星不需要考虑提前量。
二是能量大。粒子束武器能在极短的时间内把束流的能量集中到目标的一小块面积上，轻易击毁飞行中的导弹、卫星和其他军用航天器。
苏联对粒子束反卫星武器的研究始于20世纪60年代，并进行了多次空间和地面的试验。美国于1978年决定开始研制粒子束武器，目前仍处于实验室阶段，所面临的主要困难之一是带电粒子易受地球磁场作用的影响而偏转，瞄准目标的难度很大。