在無制導的母艙內裝多個彈頭，同時釋放後作慣性飛行，攻擊同一個面目標的飛彈彈頭。亦稱霰彈式多彈頭。母艙由整流罩和釋放裝置等組成。飛彈把母艙送到預定釋放點，利用釋放裝置（彈射裝置或小型火箭發動機）將彈頭推離母艙，使其沿大致相同的彈道，保持一定的間隔，飛向目標（見圖）。集束式多彈頭是在20世紀60年代初為突破對方反飛彈系統開始研製的。這種彈頭與單彈頭相比，提高了突防能力，對面目標毀傷效果較好，但彈頭不能分導，精度較低，不宜打擊點（硬）目標（見點目標）。因此，美國和蘇聯先後將其裝備一定數量後，即停止生產。
戰略飛彈的分導式多彈頭技術根據制導程度分為集束式、分導式和全導式。集束式多彈頭正是分導式彈頭技術的入門級。“集束式”和常規武器中的集束炸彈同義。集束式多彈頭的彈頭不需要太複雜的分離技術，只要飛彈滿足載荷要求即可，在一個母彈艙內裝配若干個子彈，母彈和子彈均無制導能力，在程式設計的預定高度和速度，母艙內的若干個子彈同時釋放。集束式多彈頭雖說是分導式多彈頭技術的試驗階段，但其仍體現著多彈頭技術在軍事層面上的優勢，能提高攻擊的突防效果，提高飛彈投送效率，實現子彈頭在目標區內的均勻散布，克服大當量單彈頭在打擊面目標時破壞效果強弱不均的情況。只不過由於子彈頭是無制導能力的，在飛行彈道中和落點區域內的分離距離都不能太大，因此效能體現的有限。就蘇聯和美國而言，在試驗了集束式多彈頭技術後並未真正入役 。
多彈頭傳言
DF-16彈道飛彈備受關注的一個特點是傳說中的多彈頭，需要說明的是DF-16飛彈是多彈頭而不是分導式多彈頭，多彈頭在技術難度上和費用上要遠遠低於分導式多彈頭，不過對於末段反導攔截來說仍然要面對同時攔截多個目標的問題。從《軍事報導》的畫面看，DF-16飛彈的彈頭直徑明顯小於彈體，好在考慮到彈體直徑加粗到1.2米，彈頭直徑不會小於DF-11飛彈的彈頭。
DF-11飛彈一開始就有多彈頭的設計，很難說單純的多彈頭有什麼突出之處，不過在數年前國內刊物的論文中，就提到為了突破愛國者PAC-3的攔截，在高空釋放子彈頭的設計，這種設計避免了傳統多彈頭低空釋放結果釋放前就被可能反導攔截彈攔截的缺陷。
雖然無法得知愛國者PAC-3對於現代末段機動的彈道飛彈的攔截效率，但愛國者PAC-3在2004年已經成功攔截過使用潘興II現有機動再入彈頭的風暴近程彈道飛彈靶彈，PAC-3的前身ERINT在更早的1994年曾經成功攔截過集束式彈頭，這是擊敗雷神公司的主動雷達版愛國者PAC-2，競標成功新一代愛國者飛彈的關鍵之一。對比DF-11飛彈的多彈頭設計，DF-16飛彈最大的改進可能是高空釋放子彈頭，這將迫使愛國者飛彈系統不得不攔截每一個子彈頭，對愛國者飛彈的消耗是極大的。
愛國者飛彈1991年第一次反導攔截，面對5枚飛毛腿飛彈外加彈體分解的9個碎片，不得不發射28枚愛國者PAC-2飛彈攔截。新一代的愛國者PAC-3飛彈面對先進的DF-16彈道飛彈，雖然DF-16採用彈頭和彈體分離的設計，不會有彈體碎片的干擾，但速度快得多的子彈頭更難攔截威脅也更大。對於中國來說，由於東風16飛彈易於生產且技術成熟，很快就能形成對駐日美軍沖繩基地或台灣的飽和攻擊能力，形成對駐日沖繩美軍或台灣地區的壓制能力 。
