Směrové mikrofony jsou navržené tak, aby zachytávaly zvuk primárně z jednoho směru a potlačovaly zvuky přicházející z ostatních směrů. Nejběžnějším typem je kardioidní mikrofon, jehož snímací charakteristika při grafickém znázornění připomíná tvar srdce. To znamená, že je nejcitlivější na zvuk přicházející přímo zepředu, zatímco zvuky ze stran snímá s menší intenzitou a zvuky přicházející zezadu téměř úplně ignoruje. Tato vlastnost je užitečná v situacích, kdy je potřeba izolovat konkrétní zdroj zvuku od okolního hluku. Například při nahrávání zpěvu nebo podcastu se mikrofon zaměří na hlas mluvčího a minimalizuje nechtěné zvuky v místnosti, jako je ozvěna nebo hluk počítače. Při živých vystoupeních na pódiu pomáhá kardioidní charakteristika zabránit vzniku zpětné vazby, což je nepříjemné pískání způsobené tím, že mikrofon snímá sám sebe z reproduktorů. Díky tomu, že je zadní část mikrofonu necitlivá, může být odposlechový reproduktor namířen na interpreta, aniž by jeho zvuk pronikal zpět do mikrofonu.