Une mitrailleuse est une arme qui peut tirer une balle après l'autre tant que la gâchette est pressée et qu'il y a des balles prêtes à tirer. C'est ce qu'on appelle le tir automatique. Un nom plus général pour ce type d'arme est une arme automatique. Les mitrailleuses tirent des balles délivrées par une longue chaîne de cartouches appelée ceinture de munitions ("ammo"), ou utilisent des boîtes à ressort appelées chargeurs. Les mitrailleuses sont généralement divisées en mitrailleuses lourdes, mitrailleuses légères et mitraillettes.

Les mitrailleuses lourdes (HMG) sont placées sur le sol, appuyées sur un trépied ou sur un véhicule. Le véhicule doit avoir un support pour le canon avec une base ou une tourelle rotative. Les mitrailleuses lourdes ont souvent besoin de deux hommes pour les faire fonctionner, un pour aider au chargement des munitions, et un pour viser et tirer. Il faut toujours deux hommes ou plus pour en porter un. Parmi les exemples célèbres, on peut citer la mitrailleuse M2 Browning, la MG42, la M1919 Browning, la mini-arme à feu M134, la mitrailleuse lourde Type 92 et la mitrailleuse Maxim.

Les mitrailleuses légères (LMG) sont généralement portées et tirées par un seul homme. Malgré son nom, une LMG est presque toujours posée sur un bipied ou un trépied pendant le tir, car l'arme est normalement trop lourde pour tirer debout, bien que certaines LMG comme la LMG Bren et la BAR soient assez légères pour être tirées sans bipied ou trépied lorsqu'une écharpe est portée autour de l'utilisateur. Parmi les exemples célèbres, citons le Bren, le BAR, le SAW M249, le M240, le RPD, le RPK, le PK et le M-60.

Les mitraillettes (SMG) sont des armes plus légères qui tirent des balles moins puissantes (généralement des balles de pistolet). Elles sont beaucoup plus faciles à dissimuler et à transporter que les versions plus lourdes. Les mitraillettes ont une poignée (crosse) et sont portées par des soldats ou des policiers. Parmi les exemples célèbres, citons l'Uzi, le Heckler & Koch MP5, le Thompson (alias Tommy gun), le MAC-10, le PPSh et le MP-40.

Les fusils d'assaut ont des capacités automatiques, mais ils ne sont pas appelés mitrailleuses. Ils sont principalement utilisés pour le tir semi-automatique, et tirent aussi normalement des balles plus légères que les mitrailleuses.

De nombreuses mitrailleuses lourdes, comme la mitrailleuse Browning M2 de calibre 50, sont assez précises pour atteindre des cibles éloignées. Pendant la guerre du Vietnam, Carlos Hathcock a tiré à 2250 mètres avec une mitrailleuse lourde de calibre 50 à visée télescopique.