光波在大气中传播和衰减严重，对器件加工精度要求很高。与光波相比，毫米波通过大气窗口(毫米波和亚毫米波在大气中传播时，气体分子共振吸收引起的一定衰减最小的频率)传播时衰减较小，受自然光和热辐射源的影响较小。因此，它们在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、光谱学等方面具有重要意义。利用大气窗口的毫米波频率可以实现大容量卫星地面通信或地面中继通信。利用毫米波天线的窄波束和低旁瓣性能，可以实现低高程精确跟踪雷达和成像雷达。当远程导弹或航天器重新进入大气层时，必须使用能够顺利穿透等离子体的毫米波来实现通信和制导。高分辨率毫米波辐射计适用于气象参数的遥感。利用毫米波和亚毫米波射电望远镜探测空间辐射光谱可以推断星际物质的组成。其主要优点如下:

(1)天线孔径小，波束窄，跟踪制导精度高;易于进行低海拔跟踪，抗地面多径和杂波干扰;为近距离目标提供高横向分辨率;用于区域成像和目标监测的高角分辨率;窄波束抗干扰性能高;天线增益高;易于探测小目标，包括电力线、电线杆和弹丸。
(2)带宽大:信息率高，使用窄脉冲或宽带调频信号容易获得目标的详细结构特征;具有广谱扩展能力，减少多径和杂波，增强抗干扰能力;相邻频率雷达或毫米波识别器很容易克服相互干扰;距离分辨率高，易于获得准确的目标跟踪和识别能力。
(3)多普勒频率高:对慢速和振动目标有较好的检测和识别能力;易于使用目标多普勒频率特性进行目标特征识别;干燥空气污染的穿透特性在粉尘、烟雾和干雪条件下提供了良好的检测能力。
(4)抗隐身性能好:目前隐身飞机上涂覆的吸波材料都是针对毫米波设计的。国外研究表明，毫米波雷达照射下的隐身目标会从多个部位形成较强的电磁散射，使其隐身性能大大降低。因此，毫米波雷达也具有反隐身的潜力。