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从1.1节的分析可知，多无人机协同控制系统主要涉及多无人机协同控制体系结构设计、编队队形控制、协同飞行控制、航迹规划、威胁规避等关键技术。由于单无人机控制技术是多无人机协同控制的基础，因此可以先研究单无人机的控制技术，然后在此基础上研究多无人机编队控制器。多无人机协同控制主要包括以下六大关键技术。
多无人机协同控制体系结构是指构成该系统的无人机、控制站和其他智能实体之间的逻辑和物理上的信息关系和控制关系，以及观测、评估、决策、行动等要素在系统中的时空分布。在未来战争中，多无人机协同控制面对的是一个不断变化的环境，其控制系统将是一个复杂的系统，如何设计一个高效的协同控制体系结构成为首要的研究问题。
单无人机控制系统首先需要实现无人机的姿态控制，在此基础上，通过自主导航功能飞行，并通过单机飞行控制实现巡航飞行或协同跟踪飞行。
巡航编队飞行是无人机任务执行过程中的重要阶段，巡航编队飞行控制策略的优劣将是多无人机能否顺利到达目标区域，以及能否在任务执行完毕后顺利返航的决定性因素，也是编队进行更远距离飞行的保证。所谓巡航编队控制，是指多架无人机在巡航过程中既能保持某种既定有利队形，同时又能适应恶劣环境（如存在障碍物或者空间的物理限制）的控制技术，是一个具有典型性和通用性的多无人机协同控制技术。其主要是控制整个编队在飞行中保持稳定，并能根据任务的要求实现队形的调整，以及避碰和避障等。巡航编队控制主要包括队形设计、队形形成、队形保持、队形重构等。
无人机目标跟踪阶段是无人机执行任务过程中最核心的阶段，多无人机目标跟踪编队协同控制方法的优劣对于多无人机协同目标跟踪的精度和任务成功率起着决定性的作用，对获取的跟踪信息的连续性也起着关键作用。多无人机协同目标跟踪是多无人机协同的一个重要军事应用，目标跟踪编队控制与巡航编队控制的区别在于：巡航编队控制主要是协调无人机之间的相对运动关系，而目标跟踪编队控制在协调无人机相对运动关系的同时，还要协调各架无人机与目标的相对运动关系。后者主要是保持跟踪编队的稳定性，并能根据任务的变化、目标的行为实现对编队队形的调整，以及实现避碰和避障等。多无人机协调目标跟踪主要包括协同跟踪队形的形成、保持和重构等。
航迹规划是无人机编队飞行的关键技术之一，也是提高无人机作战效能、实施远程精确攻击的有效手段，在现代战争中具有广阔的应用前景。无人机航迹规划就是指根据已知的敌情和地形信息，从出发点到目标点，寻找一条综合指标最优的飞行路线。无人机航迹规划技术涉及飞行力学、自动控制、导航、雷达、火控、作战效能分析、人工智能、运筹学、计算机和图像处理等多个学科和专业，需要考虑的问题很多，主要包括以下3个方面。
航迹规划需要的信息中，最为重要的是地形信息和敌情信息，它们直接决定了规划航迹的质量，一般通过卫星和情报手段获得。由于航迹规划的大部分工作由计算机完成，因此获得的信息必须转化成计算机能够直接处理的各种数据库。对于地形信息，需要建立数字地形数据库，如美国的DTED（Digital Terrain Elevation Data，数字地图高程数据）。对于敌情信息，要分析出敌方防御系统的雷达探测区、火力杀伤范围和相应的地形遮蔽区等，并将其添加到相应的敌情信息数据库中。
要使无人机以最大生存概率成功地完成任务，对威胁进行分析和建模是必不可少的。无人机进行低空突防时，受到的威胁主要包括地形地物威胁、电磁干扰威胁、雷达探测威胁、防空火炮和地空导弹攻击威胁。威胁突防模型由敷设在相应地形模型上的不同威胁模型、地形遮蔽算法和与雷达散射截面积数据有关的无人机模型组成。建立这些威胁模型，通过优化航迹指标，使航迹规划满足所受威胁程度最小、生存概率最高的要求。模型的繁简直接决定了航迹规划的精度和速度。
航迹规划算法是航迹规划的核心。在规划静态航迹时，采用何种算法决定了所生成航迹的合理性与可靠性；在规划动态航迹时，采用何种算法决定了规划的实时性与有效性。因此，研究航迹规划算法对于无人机自动航迹规划的实现具有非常重要的意义。
多无人机协同控制属于一个较新的研究领域，距离实际应用还有一段时间。虽然有些研究机构已经在积极进行这方面的试验与研究，但是由于理论还不成熟，因此直接使用真实无人机来验证飞行控制理论无疑大大增加了试验风险和成本。仿真技术的飞速发展，为解决和处理这些问题提供了新的方法和途径。采用仿真技术研究实际系统，具有可控性高、无破坏性、安全性好、灵活性高以及可重复等特点，并且有利于缩短试验和研制周期，提高试验和研制质量，以及节省试验和研制经费，特别是在航空航天等与国防科研有关的行业，已经显示出了巨大的社会和经济效益。因此，建立多无人机协同控制仿真系统，将无人机协同控制数据信息以更简单、更易理解的图像形式展示，为分析、设计和检验多无人机协同控制方法提供平台，是一项需要研究的关键技术。