航母的巨大打击威力要靠它所携带的舰载机来体现，舰载机是航母编队最核心的部分，作为“海上移动机场”的航母，舰载机是其进攻的“拳头”，其性能几乎可以决定航母的战斗力。舰载机按使命分为战斗机（歼击机、强击机）、反潜机、预警机、侦察机和电子对抗飞机等。按起落原理分为普通舰载机、舰载垂直／短距起落飞机和舰载直升机。根据不同的作战需求，各国在航母舰载战斗机的选择上也大不一样。凭借海上优势，美航母几乎没有够分量的海上对手，倒是对地攻击任务日益繁重，因此美国航母不再装备专门的防空战斗机F-14“雄猫”，而选择了防空和对地兼顾的F/A-18E/F“超级大黄蜂”。相比之下，俄航母战斗群的攻击任务主要由舰队中的水面战舰担任，苏-33舰载战斗机则侧重于防空作战。为了保证航母上有足够数量的战斗机，印度则为购买的“戈尔什科夫”号航母选择了轻型米格-29战斗机，而非性能更优越的苏-33重型战斗机。
除了战斗任务，不同类型的舰载飞机还担负着预警指挥、反潜以及运输补给等重任。舰载预警机是航母的“千里眼”，它能决定航母编队能看多远。美国航母装备的E-2C预警机，对大型空中目标的探测距离超过500千米，而且还能远离航母数百千米进行预警，这是舰载“宙斯盾”系统的SPY-1雷达所不能比拟的。舰载反潜机是航母的“护身符”。类似S-3 的舰载固定翼反潜机依靠其长航时和远航程可完成舰队外层反潜任务。而舰载反潜直升机则可以对航母起到贴身护卫的作用。
各国航母的舰载机和它们的编成方式不尽一致，但最能体现航母实力的莫过于美国大型攻击航母所携带的舰载机联队。美国海军的舰载机联机一般由8－10个中队组成，整个联队约有80架飞机和2000余名士兵，指挥官为上校联队长，中队设正副中队长各一名，中队长为中校军衔。
在历史上，根据作战使命和航母的实际情况，美国海军舰载机联队曾使用过多种编成形式，如“珊瑚海航母型”、“肯尼迪航母型”、“罗斯福航母型”、“常规型”等，而70年代以后主要是三种形式。
其一为“过渡型”，它包括有9个飞行中队：2个F－14A“雄猫”战斗机中队（共20架）；2个F/A－18“大黄蜂”战斗/攻击机中队（共20架）； 1个A－6E“入侵者”重型攻击机中队（16架，含4架KA－6D加油机）；1个E－2C“鹰眼”预警机中队（共4架）；1个EA－6B“徘徊者”电子战飞机中队（共4架）；1个S－3B“北欧海盗”反潜机中队（共6架）；1个SH－3“海王”（或SH－69F“拉姆普斯”）中队（共8架），共78架作战飞机。另载有C－2A运输机等支援飞机。冷战时期，美国海军就是以这种舰载机联队与前苏联争霸大洋。
其二称之为“兵力投送型”，它是在上述样式中增加4架F/A－18战斗/攻击机，其它没有变化。
最新编成样式被称为“标准型”，在1997年，美军现役的11个舰载机联队全部改为这种配置。计有：1个F－14“雄猫”战斗机中队，14架；2个 F/A－18C“大黄蜂”海军战斗/攻击机中队，24架；1个F/A－18A“大黄蜂”海军陆战队战斗/攻击机中队，12架；1个E－2C“鹰眼”预警机中队，4架；1个EA－6B“徘徊者”电子战飞机中队，4架；1个S－3B“北欧海盗”反潜机中队，8架；1个SH－60F“海鹰”反潜直升机中队，5架；总共8个飞行中队，71架各型飞机。此外，还有2架HH－60H运输直升机。
航母上的运输机
大型航母还会编制C-2这样的舰载运输机，承担重要货物运输任务。这些运输机主要用于岸舰之间及航母之间的货物运输。尽管大型核航母海上自持能力很强，但一艘航母出海少则数月，多则半年，它上面的90架飞机和5000名人员难免会出现一些临时性的紧急的问题，象人员的调换、伤员的撤离、某些零部件和物品的急需等，这时，舰载运输机就是最方便的运输工具了。
其它国家的航母一般是用直升机执行运输任务的，但对于美国拥有的重型航母来说，就需要航程远、速度快的固定翼运输机了。现役的美国航母运输机主要为C－2A型。该型运输机是由E－2“鹰眼”预警机改装而成的。1964年E－2服役的当年，C－2也进行了首次试飞，两年后开始批量生产，现有39架在美国海军中服役。该机在舰上弹射起飞时最大载重量是4530公斤，陆上滑跑起飞时为6800公斤，最大飞行速度574公里/小时，航程1930公里。该型机在运送人员时可载运28名。
建造舰载机有众多技术上的难点需要突破。其一，舰载机在航母甲板上起降时需要具备较大的抗冲击和弹射能力，以及在海上运行所必需的抗腐蚀能力，因此舰载机的材料技术突破难度很大。其次，舰载机在折叠翼、发动机、起落架设计方面和一般飞机区别较大。
