直接參加戰鬥，打擊敵對目標的飛機。包括戰鬥機、轟炸機、攻擊機、戰鬥轟炸機、反潛巡邏機和電子對抗飛機。作戰飛機與保障飛機的主要區別在於：前者直接參加作戰行動，後者為順利完成作戰任務提供保障。但二者的界限有時比較模糊，經過加裝或改裝可以互相轉換。在現代戰爭中，資訊的獲取和指揮控制與作戰行動的關係日趨密切，因而，也有人把偵察機和預警機列入作戰飛機的範疇。
美國AC–130“空中炮艦”武裝運輸機
1903年飛機問世，不久就用於作戰行動。第一次世界大戰期間，出現瞭主要用於空戰的戰鬥機和專門用於突擊地面目標的轟炸機以及支援地面部隊作戰的攻擊機。第二次世界大戰中，作戰飛機得到更加廣泛的應用，並出現瞭專門用於打擊敵人潛艇的反潛巡邏機和實施電子軟殺傷的電子戰飛機。第二次世界大戰後，航空技術的發展和作戰需求的拉動，使作戰飛機的發展出現瞭質的飛躍。50年代，出現瞭主要用於突擊敵戰役戰術縱深的地（水）面目標並具有一定空戰能力的戰鬥轟炸機。60年代，作戰飛機全面實現瞭噴氣化，機載電子設備的性能大幅度提高，機載遠距精確制導武器相繼投入實戰。80年代以來，一些氣動佈局新穎、設計獨特、具有隱身能力的先進戰鬥機相繼投入使用。新的作戰飛機普遍裝備中遠距導彈和近距格鬥導彈，大多具有全天候、全方位、全高度的“三全”攻擊能力，作戰效能大幅度提高。在現代戰爭條件下，以作戰飛機為核心的空中突擊力量已成為一支超常規打擊力量，在戰爭中發揮著至關重要的作用。在1991 年海灣戰爭和1999年科索沃戰爭中，作戰飛機已無可爭議地成為戰爭中的“主角”。
現代作戰飛機主要由機體、起落裝置、動力裝置、飛行控制系統、通信導航設備、火控系統和電子對抗設備等組成。①機體。包括機翼、尾翼和機身，用於承受作用於飛機的全部載荷。②起落裝置。是保障飛機起飛、著陸和在地面、水面運動與停放的裝置，包括起落架、機翼增升裝置和著陸減速裝置等。起落架是起落裝置的主體，陸上飛機通常采用輪式起落架；水上飛機采用浮筒式或船身式起落架。③動力裝置。通常指發動機。早期作戰飛機的發動機為活塞式，自20世紀40年代中期起逐漸發展為噴氣式，現代作戰飛機普遍采用小涵道比的渦輪風扇發動機。④飛行控制系統。現代作戰飛機的飛行控制系統，已經由早期的人力直接操縱、液壓助力操縱，發展到電傳操縱（有的開始試用光纖操縱），數據總線實現瞭與機上其他系統的交聯。在計算機的管理下，機上各系統會按飛行員的要求快速作出反應，借助顯示器還可進行人與計算機的對話。⑤通信導航設備。作戰飛機通信設備仍以超短波通話為主，有的加裝調頻短波電臺或全球通信衛星系統。很多作戰飛機在保留塔康、測距器、無線電信標等導航設備的同時，還配備完全自主式的慣性–GPS導航系統；有的還加裝數據交聯系統，確保飛機不依靠任何外界幫助，就能從遠距離準確飛抵目標區。⑥火控系統。由目標探測設備、參數測量設備、火控計算機、瞄準顯示設備和瞄準控制設備等組成。主要用於控制機上武器的投射，最大限度地發揮武器作用。⑦電子對抗設備。已成為作戰飛機眾多電子設備中不可缺少的一部分，是作戰飛機的重要自衛手段之一。如機上的威脅告警裝置，會在飛機受到敵方雷達跟蹤時，或當來襲導彈迫近時，發出告警信號，提醒飛行員規避或作出其他反應。有的告警裝置還可顯示跟蹤雷達的方位及類型。