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  最初的人類第一次空中加油出現在1923年6月27日美國陸軍的雙翼機DH-4B,當時年代飛機速度很慢,只要人工丟下油管,另一架飛機駕駛仔細避開螺旋槳接住保持距離飛行,就能完成。不過,空中加油技術發展初始在軍事戰略上的優勢並不多,並未受到重視,多用於延長商業運輸機的航程以及滯空時間所使用。二戰期間飛機速度較快,且都是螺旋槳飛機為主危險較高,空中加油技術因此進入停滯期。  空中加油技術真正在軍事化上實用化是在冷戰時,美國政府為了直接能夠對蘇聯本土進行轟炸,以及噴射機的發明而再度受到重視。美國空軍在1949年時改裝了一架B-29轟炸機,即KB-29空中加油機,由於轟炸機螺旋槳在機翼不在機頭,得以完成並使轟炸機直接轟炸蘇聯成為可能,後來一架接受KB-29空中加油支援的B-50轟炸機更是完成了環繞世界一週的無著陸飛行,大大展示了空中加油的實用性。後來美國的波音公司以及英國空中加油有限公司分別研發了「飛椼式」以及「飛錨式」兩種空中加油技術,正式揮別以人工接管的方式加油。  2015年4月16日,美軍X-47B無人機與KC-707空中加油機採用「飛錨式」技術成功完成歷史上首次無人機空中加油測試。  目前空中加油技術已經在各國普遍運用,許多較有規模的海軍、空軍都擁有空中加油能力。

  目前,各國軍隊主要使用的空中加油方式有兩種,分別為「飛椼式」以及「飛錨式」。

  飛椼式的主要特徵為使用硬管,通常於加油機的尾端設定可伸縮的硬式伸縮鋼管以及加油人員的操作艙,整體結構與機身合而為一。 這項技術在飛錨式被研發成功之後,緊接於1949年正式應用。飛椼式最大的優點在於使用硬式伸縮鋼管,可承受泵的輸油壓力,使每分鐘加油量能達到6000升以上。另外對於亂流的影響極低,同時使用操作杆進行瞄準、操作方便。而缺點則是加油機本身必須配合加油器採用大型機體,搭載油量也受到限制,且由於必須配置加油杆操作人員,一次僅能對一臺飛機進行加油。另外這項技術大多隻用於美製軍機,若非美製軍機受油機也必須接受大量改裝,通用性極差。此外,中國現時亦正研發相關技術,並於運油-20及殲-20預留技術介面,預計要到2025年才投入應用。

  飛錨式為英國空中加油公司研發,目前以美國海軍為首,各國海軍航空隊所廣泛採用。 這項空中加油技術在1949年時開始使用,其原理非常簡單,加油機上主要為一條約20~30米長的軟管以及一個漏斗狀的加油裝置所組成。受油機也僅裝置固定或可伸縮的受油管即可。在飛行過程中,將受油管接上漏斗狀的浮錨後,即可加油。飛錨式的優點在於其裝置簡單,不管是加油機或是受油機都僅需簡單改造,同時也不需要加油管操作員,一臺加油機亦能裝置數條加油管,能同時對多臺飛機進行加油,不僅是定翼機,直升機也能進行空中加油。  而飛錨式的缺點則在於軟管每分鐘能輸送的油量與飛椼式相比並不高,同時軟管受到空氣干擾嚴重,因此加油機以及受油機之間的高度差以及速度差都有嚴格規定,必須擁有高度的飛行技術才能完成空中加油。另外受油管在飛行過程中容易受到汙染,進而影響燃油品質,可能造成引擎毀損。

  航行中的艦艇直接對飛行中的直升機進行燃料補充,稱之為HIFR(Helicopter In Flight Refuling),這種方式僅使用於直升機,且供油方為艦艇,並非飛行器。受油的直升機與艦艇平行飛行,使用鋼纜將船上的加油管往上拉提,接上加油孔的加油方式。 由於艦艇的甲板暫時無法著陸、或是海況極差可能造成危險的情況下,會實施HIFR。目前各國海軍在裝有航空燃料加油裝置的艦艇上進行HIFR的加油訓練。
空中加油是指在飛行過程中將燃料由空中加油機補充給另一航空器的過程與技術。此外,飛行器亦能在起飛時犧牲部分的油料,減輕起飛重量,使得短距起飛得以更容易達成;或是轉而提供較多的酬載能力給武器、貨物或人員。同時也有文獻指出在大於航程 5600 km 的飛行中,空中加油能節省燃料達百分之三十五到百分之四十。目前空中加油多用於軍事用途。