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M16A1 (1967)
XM16E1, M16A1은 M16에 노리쇠 전진기를 추가하고 몇몇 개량을 가했다. M16, XM16E1, M16A1은 12인치에 1회전하는 강선을 가지고 있어서 223 레밍턴(미군 제식 명칭 M193, 한국군 제식 명칭 KM193)탄을 사용한다.
M16A2 (1980년대)
M16A2는 5.56 × 45 mm NATO (FN SS109, 미군 제식 명칭 M855. 한국군 제식 명칭 K-100)탄 사용을 위해 7인치에 1회전하는 강선을 가지게 되었고, 총열도 두꺼워졌다. 새로운 탄의 채용으로 유효 사거리가 90m 가량 향상되었다. 총열덮개가 인체공학적인 요소가 가미된 원형으로 바뀌었고, 개머리판도 튼튼하게 바뀌었다. M16A2는 M16A1과 달리 완전자동 모드가 없고 대신 3점사 모드가 있다. 이는 탄약 소모를 줄이기 위한 것인데, 근거리에서는 완전자동에 비해 화력이 부족하고 장거리에서는 쓸모가 없고 불확실한 이론과 편견으로 정립된 설계라는 비판이 많다. 이 때문에 Navy SEALs와 같은 특수부대에서는 완전자동 모드가 있는 M4A1이나 M16A3를 사용한다.
M16A3
M16A3는 FN사가 개발한 소총으로 A2와 달리 3점사 모드 대신 완전자동 모드가 있는 M16A2의 변형으로 M16A2를 대체하려 하였으나 미해병대에서는 M16A3의 외관이 M16A2보다 달라진것이 거의 없다며 외면하였으며 현재 네이비씰(Navy SEALs)에서의 사용을 위해 소수의 육군,해군,공군에서만 소수 채용하였다.(미국의 일부 주방위군에서 사용하기도 함) M16A4 못지 않는 내구력을 가지고있으며, 명중률과 연사력이 특히 뛰어나다.
M16A4 (2002)
M16A3처럼FN사에서 개발한 M16A4는 M16A2를 바탕으로 개량한 모델이다. 기존M16A2,M16A3의 타원형 핸드가드 대신 4면 레일을 부착하고 운반손잡이가 분리되게 만든 버전이다. 현재 미해병대 제식소총이며, 미육군 역시 2002년부터 보급, 2004년부터 제식소총으로 채용하였으나 M4A1으로 대체되었다. 현재는 ACOG를 달아 분대지원화기로 사용한다.M16A4는 기존 M16A2와 M4 카빈의 약한 내구력을 문제로 새로 개선한 모델이다.모래와 물에 대해 강한 내구도를 가지고 있다. M16A2처럼 완전 자동이 아닌 3점사를 지원한다.