通常认为毫米波频率范围为 26.5～300GHz，带宽高达 273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的 10 倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时只能使用四个主要窗口，但这四个窗口的总带宽也可达 135GHz，为微波以下各波段带宽之和的 5 倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。
在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm 的天线，在 9.4GHz 时波束宽度为 18 度，而 94GHz 时波速宽度仅 1.8 度。因此能分辨相距更近的小目标或更为清晰地观察目标的细节。可以利用宽带广谱能力来抑制多径效应和杂乱回波。有大量频率可供使用，有效的消除相互干扰。在目标径向速度下可以获得较大的多谱勒频移，从而提高对低速运动物体或振动物体的探测和识别能力。
毫米波通信的这个优点来自两个方面: a)由于毫米波在大气中传播受氧、水气和降雨的吸收衰减很大, 点对点的直通距离很短, 超过这个距离信号就会变得十分微弱, 这就增加了敌方进行窃听和干扰的难度。b)毫米波的波束很窄, 且副瓣低, 这又进一步降低了其被截获的概率。
由于频段高毫米波通信基本上没有什么干扰源，电磁频谱极为干净，因此，毫米波信道非常稳定可靠，其误码率可长时间保持在 10- 12 量级，可与光缆的传输质量相媲美。毫米波对降雨、沙尘、烟雾和等离子的穿透能力却要比大气激光和红外强得多。这就使得毫米波通信具有较好的全天候通信能力，保证持续可靠工作。
和微波相比，毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。毫米波的潜在应用，包括毫米波成像(mm-wave imaging)、亚太赫兹(sub-THz)化学探测器，以及在天文学、化学、物理、医学和安全方面的应用。重要频率包括 90GHz、140GHz，以及 300GHz 以上或者叫做 THz 区域。60GHz 频带由于氧气的吸收，使得它适合于短距离网络应用。而其他的频带，如 90GHz 是长距离成像的理想选择。