兩種或兩種以上導航技術的組合，組合後的系統稱為組合導航系統。根據不同的要求有各種不同的組合導航系統，多以慣性導航系統作為主要分系統。組合導航系統一般具有以下1～3種功能：①協合功能：利用各分系統的導航資訊，形成分系統所不具備的導航功能。如用大氣資料電腦的空速資訊和羅盤的航向資訊工作的自動領航儀可以提供飛機的位置資訊。它是一種早期的組合導航系統。②互補功能：組合後的導航功能雖然與各分系統的導航功能相同，但它能夠綜合利用分系統的特點，從而擴大瞭使用範圍和提高高瞭導航精度。③餘度功能：兩種以上導航系統的組合具有導航餘度的功能，增加瞭導航系統的可靠性。
慣性－多普勒導航系統 多普勒雷達輸出的地速信號精度較高，但瞬態噪聲較大。慣性導航系統能提供精確的航向信息，且速度信號的瞬態性能好，但精度不高。兩者結合可降低速度誤差，提高慣性平臺姿態精度，從而抑制位置誤差的增大。應用卡爾曼濾波技術還可估計出陀螺漂移（見陀螺儀）等幹擾量，使慣性導航系統的性能得到改善。由於慣性導航的速度誤差直接與慣性平臺姿態誤差有關，這種系統還可對慣性平臺進行空中對準，對準時間約為15～20分鐘。這種組合系統屬於自主式系統，常用於軍用飛機。
慣性-測向測距導航系統 慣性-測向測距導航系統能夠直接改善慣性導航的定位精度和慣性平臺的姿態精度，也可以對慣性平臺進行空中對準，對準時間約為半小時。測向系統的方位角誤差較大，故方位對準精度也差。如果用雙測距系統來組合，則可改善方位對準精度。組合可以間斷也可以連續，這種組合系統常用於民航飛機。在地面應答臺覆蓋區域內飛行時，它可以用於區域導航。這種系統還能對慣性平臺進行空中再對準，使飛機在地面臺覆蓋區域以外飛行時，用對準後的純慣性導航方式導航。
慣性-奧米加導航系統 性質與慣性-測向測距導航系統相似，常用於跨洋飛行的飛機。奧米加導航系統的定位精度比測向測距系統低，故空中對準時間較長，約需1小時。為縮短空中對準時間和提高系統的速度信息精度，有時采用慣性-奧米加-多普勒組合的方式。
慣性-天文導航系統 能連續提供精確導航信息。天文導航能測量天體在慣性平臺坐標系內的角位置，故組合後不僅能估計出陀螺漂移等幹擾量，而且能估計出真實的平臺姿態誤差，從而分辨出水平加速度計的零偏。慣性-天文導航系統的組合效果好，但在中、低空使用時受氣候和雲層影響。在這種系統中常增加多普勒雷達，組合成更完善的自主式導航系統。
慣性－衛星導航系統 現代衛星導航系統定位精度為0.16公裡，但兩次定位之間的時間間隔長，每次定位還需要10分鐘以上的跟蹤，不能連續提供飛機位置信息，故常與慣性導航系統組合。即將采用的“導航星”全球定位系統能使飛機在任何地區實時得到位置和速度信息，定位精度為10米。但飛機在作劇烈機動動作時或當“導航星”全球定位系統信噪比低時，導航精度將大為降低。將“導航星”全球定位系統與慣性導航系統組合起來，不僅能大大改善慣性導航的位置和速度信息的精度，而且還能估計出陀螺漂移等各種幹擾量和慣性平臺姿態誤差，從而改善慣性導航系統性能。同時，利用慣性導航系統提供的速度等信息還能改善“導航星”全球定位系統跟蹤回路截獲和鎖定信號的能力。這種組合方式是組合導航系統的發展方向。