La ametralladora M2 dispara el cartucho .50 BMG (12,7 x 99 OTAN), que actualmente también es utilizado en fusiles de francotirador pesados y fusiles de largo alcance debido a su excelente precisión a gran distancia, prestaciones balísticas, enorme poder de parada y letalidad. Es una ametralladora refrigerada por aire y alimentada por cinta que dispara a cerrojo cerrado, usando el principio del retroceso corto. En esta acción, el cerrojo y el cañón están acoplados y retroceden al disparar el arma. Luego de un corto trecho el cerrojo y el cañón se desacoplan, retrocediendo el primero. Esta acción abre el cerrojo y hace avanzar la cinta, preparando el arma para el siguiente disparo, todo esto a una cadencia de 450-550 disparos por minuto (600-1200 en las ametralladoras aéreas M2/M3 de la Segunda Guerra Mundial; 300 en la M2 sincronizada con la hélice). Esta cadencia no suele alcanzarse en combate, ya que el fuego continuo a tal cadencia desgastaría el cañón con solamente unos cuantos miles de disparos, debiendo ser reemplazado. La cadencia de la M2 disparando a fuego continuo se sitúa a menos de 40 disparos por minuto.
La M2 tiene un alcance máximo de 7,4 km (4,5 millas) cuando usa munición del tipo Ball, con un alcance máximo efectivo de 1,8 kilómetros (1,2 millas) al ser disparada desde el trípode M3. En su rol de arma portátil terrestre, esta pesa 38 kg (84 lb) y con el trípode M3 ensamblado otros 20 kg (44 libras). En esta configuración, el gatillo "de mariposa" en forma de V se sitúa al extremo del arma, con una agarradera tipo "mango de pala" a cada lado del cajón de mecanismos y el retén del cerrojo al centro. Para disparar, se debe asir ambas agarraderas y apretar el gatillo con uno o ambos pulgares. Cuando el retén del cerrojo ha sido girado hacia abajo, el arma dispara en ráfagas. De otro modo, funciona en modo semiautomático. Para esto, se gira hacia arriba el retén del cerrojo. En ambas modalidades, la M2 se dispara de la forma indicada anteriormente. Al contrario de otras ametralladoras modernas, no tiene seguro. En modelos de producción reciente se han instalado gatillos convencionales dentro de las agarraderas, descartando los gatillos "de mariposa".
Como la M2 fue diseñada desde un principio para adaptarse a diversas configuraciones, puede ser alimentada tanto desde el lado izquierdo como el lado derecho. Esto se logra cambiando los sujetacinta, la bandeja de alimentación, los topes para cartuchos delanteros y traseros, e invirtiendo la palanca de carga. Esta conversión puede hacerse sin herramientas en menos de un minuto.
Entre los diversos tipos de cartuchos usados por esta ametralladora están el M2 Ball, para usarse contra soldados y blancos de material ligero, el trazador M1 y el M962 SLAPT. Este último, así como el cartucho M903 SLAP, pueden atravesar más de 3/4 de pulgada de blindaje de alta dureza a 1500 metros. Esto se logra gracias a un penetrador de wolframio con un diámetro de .30 pulgadas (7,62 mm). La bala del SLAPT tiene una carga trazadora en su base. El empleo de este cartucho fue aprobado en 1990.
Cuando se disparan cartuchos de fogueo, se debe utilizar un gran adaptador para poder mantener una presión lo suficientemente alta y así poder funcionar en modo automático. El adaptador es bastante característico, acoplándose a la boca del cañón con tres varillas que van hasta la base de este. Es habitual verlo instalado en las ametralladoras M2 utilizadas en operaciones humanitarias o durante maniobras.
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