Kh-55导弹配备了一个当量为20万吨的核战斗部。

苏联解体后，为了替代Kh-55导弹，开始研制Kh-102导弹，受经费、技术等因素的影响，该导弹研制工作断断续续，进入新世纪后才进入正常轨道。该导弹研制采用了“一弹两用”通用化的思路，即在研制之初就考虑了常规弹头和核战斗部型号，而不是像Kh-55或者AGM-86B那样一开始是针对核战争，在后来为了适应常规战争才改造出配备常规战斗部的型号，采用常规弹头的型号编号是Kh-101。

从Kh-101导弹的照片来看，为了增强突防能力，Kh-101/102导弹采用了类似于美国“贾斯姆”隐身巡航导弹的外形设计和气动布局，弹体采用有利于降低雷达反射截面积的“倒船”形截面弹体，这种设计还具有良好的气动升阻特性和内部装载特性，弹体表面光滑，据称该弹还采用了雷达吸波涂层和吸波材料，进一步提升隐身能力。据估计，采用上述隐身措施后，Kh-101/102导弹的雷达反射截面积比采用圆柱弹体的非隐身巡航导弹降低约1/14，在0.01平方米左右，具有很强的隐身能力，进而提高了导弹的突防能力。但该导弹采用了类似Kh-55巡航导弹的伸缩式发动机设计，由于发动机裸露在弹体之外，对隐身性能会造成一些破坏。

Kh-101/102导弹在2012年左右进入俄罗斯空天军服役，主要由经过升级的图-95MS和图-160M战略轰炸机发射，导弹采用惯导+卫星导航+地形匹配制导+末端成像制导的复合制导方式，圆概率误差在15米以内，射程据称达到4500公里。Kh-101配备的是一个重约450千克的常规战斗部，Kh-102导弹配备的则是一颗爆炸当量为25万吨的核战斗部。Kh-101导弹首次实战在2015年的叙利亚战场，当年11月，由5架图-160和6架图-95MS战略轰炸机对极端组织IS的目标发射了34枚Kh-555和Kh-101空射巡航导弹，首次实战引起了外界对这款导弹的关注，在目前还在进行的俄乌冲突中也大量使用，用于打击乌克兰的一些高价值目标，后期也有一些导弹被乌克兰防空系统拦截。