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一开始，神机营的主要任务是训练京卫官兵和“随驾护卫马队官军”，使用各种火铳及其它火器，从实际而言，其实更像是个炮兵训练中心。
后来随着神机营的重要性日益突击，遂又担负起了“内卫京师，外备征战”的职能。成为皇帝直接掌握的战略机动部队。明成祖朱棣对这支专习枪炮的军事组织十分重视，不仅把当时大明最先进的火铳、火炮装备给神机营，还从西方“蛮夷”那里引进一些洋火炮配给神机营，一边训练，一边仿制。
当时，神机营是个大营，下辖左哨、左掖、中军、右掖、右哨和五千营，其中仅五千营就有良马5000匹。总的来说，它相当于一个后世人们所习惯的近卫兵团，由皇帝委派亲信宦官或勋贵担任兵团最高长官，即提督。
神机营组建后，除了为其它部队训练出了大批的火铳手、火炮手外，还常随明成祖朱棣出征作战，驰骋沙场。作战中，神机营以其密集的火力优势，大量杀伤敌军、从而为夺取胜利建立了功勋。
后来，边军和地方部队的火器配置比例也逐步提升，尤其是倭寇大肆侵入沿海的嘉靖时期，火器的发展又有了新的提高，而戚继光所征募建立的戚家军，对于火器的应用更为推崇。
当然，戚家军是一支冷热兵器结合并全面发展的部队，戚继光以其卓越的军事才能，充分考虑到火器的发展程度，然后与冷兵器相配合，以这个时代的发展水平和明军的实际情况进行了最优配比。
然而戚继光对于火器发展一事看得非常明白，他认为冷兵器的发展，到现在为止已经接近停滞，而人的战斗能力本身是有极限的，将来的军事发展如果还能取得较大的进步，一定只能使来自于火器的发展，因此戚继光对于火器的发展十分上心，甚至亲自参与各种火器的研发、创新、修正等等。
历史上的戚继光除了对于地雷类武器有过不少创举之外，对于火炮的发展也颇有建树，其亲自为戚家军打造了五种型号的佛郎机炮。其中一二三号大型佛郎机用作舰炮和城堡（类似碉堡）的防御，四号中型佛郎机随军机动作战，五号小型佛郎机装备单兵使用。根据茅元仪武备志中的记述，则当时原则上已具有以火炮口径的尺寸为基数，确定弹重与装药量变化的关系，是明代中期火炮设计制造水平提高的一个表现。
