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  在第一次世界大戰之前,1911年義大利就在與土耳其的戰爭中,在利比亞首次將飛機運用在偵察任務上。義大利陸軍軍官杜黑(Giulio Douhet)依據戰爭中使用飛機的經驗,認為飛機將會在軍事上佔有重要的地位,重要的程度使得它將獨立於陸軍與海軍之外,成為第三支武裝力量。  第一次世界大戰中,在地面作戰陷入僵局的同時,航空作戰的重要性也開始顯現。飛機從最初的偵察用途,演化出以飛機投擲炸彈攻擊地面的敵軍的轟炸任務,而為了阻止敵人飛機,飛機上也裝設了能攻擊敵人飛機的機槍等武器。1918年,英國皇家空軍成為世界上第一支獨立的空軍,而其它國家也陸續建立了獨立空軍或相當的陸軍航空隊。

  空軍作戰任務主要是協助及配合地面部隊攻勢及行動。一般常規戰爭,會先由偵察機進行偵察行動,最初會由空軍提供重型火力攻擊,摧毀敵方主要防空設施,電力設施,軍事基地等重要目標,再由轟炸機進行轟炸,及以戰機進行精確範圍的空對地攻擊,才由地面部隊進攻,而戰爭過程中亦會配合地面部隊而作攻勢。同時,以擊退敵人航空部隊為目的而進行的制空任務也是必須的。某些情況下,空軍也會對境內武裝勢力與反政府組織、恐怖份子等進行威懾及攻擊。  平時空軍則執行空域的巡邏、重要航空器的護航、各種影像及電子情報等的蒐集、大範圍的巡邏與監視等任務,必要時也出動協助救災,例如臺灣九二一大地震時的中華民國空軍即以空中預警機管制負責救災機隊的空中管制任務。

  空軍的部隊中,最為一般人所熟知的就是飛行部隊,特別是擔負制空任務的戰鬥機部隊。為了執行對地面的攻擊與支援,而有以精確打擊為職的攻擊機部隊與以大規模毀滅性打擊為職的轟炸機部隊。而為了保護己方機隊與地面部隊不受敵機攻擊,因此有戰鬥機部隊進行爭奪制空權的任務,電子作戰機進行戰場中的電子作戰支援,規模較大的空軍則還有空中預警管制機隊負責空中作戰指揮。  支援機隊方面,運輸機隊一般也屬於空軍,負責(包含陸海空三軍的)武器裝備與人員的空中運輸,部分守備範圍廣大的空軍還有空中加油機隊對友機進行空中加油以延伸飛機航程。各種情報蒐集有偵察機隊執行。救援直升機負責在飛機失事時,飛行員及空勤人員的救援工作。  地面上主要是各基地的地勤部隊,包括飛機整備修護的整備單位與修護工廠等,與基地勤務相關的地面管制單位、油料、彈藥等補給單位、人事、作戰、後勤等文書單位,與專責的通訊部隊、氣象單位、情報單位等。另外還有保衛機場及設施的警衛部隊與防空部隊。區域防空導彈部隊也常由空軍統一指揮。  空軍有專門訓練飛行員的飛行訓練部隊,以及訓練地勤人員或其它空勤人員等各種勤務的單位。各種空軍人員的人才召募與養成機構、作戰相關的研究機構、後勤採購與物流的單位等也是必須的。  部分大國也在空軍下設定職司戰略打擊任務的陸基戰略導彈部隊,以及執行大範圍的影像或電子情報蒐集的戰略偵察部隊,目前太空作戰部隊中最主要的戰力也是各種情報與通訊衛星。  依據作戰上的需求,空軍也轄有執行特殊任務的特種部隊,某些國家也將空降部隊編制在空軍內。值得一提的是,二戰時德國空軍轄下甚至有野戰部隊的編成。這種單位的出現,一方面是藍色作戰損失超過預期,必須增加地面部隊的規模,另一方面則是戈林因其政治野心而擴編空軍後,捨不得將已有的軍力放棄掉,而堅持必須留在空軍的結果。最後總共編成了二十二個師團,但是由於兵力構成、武器裝備、訓練與經驗均有不足,加上部隊內原空軍人員與調派來協助的少量陸軍人員間的派系摩擦,這些「不務正業」的部隊通常也只是擔負據點防禦的任務,而不像正統的陸軍那樣能夠發起進攻。

  由於空權帶來的影響,陸軍與海軍也擁有自己的航空部隊,稱作陸軍航空兵及海軍航空兵,而這些部隊也常被一般人誤以為是空軍的一支。  擁有航空母艦的大國海軍,其艦載機隊的規模與完整性常常不下於一些小國空軍,而且也能對地面目標發起攻擊,或是在陸地上空執行制空權的維持,包括戰鬥機、攻擊機、預警機、加油機、偵察機等主要戰力一應俱全,但是它們仍然是海軍航空隊而不是空軍。中等國家海軍也都有隨艦出航的反潛直升機進行反潛任務,負責反潛與水面巡邏等的監視與戰鬥的反潛機與巡邏機,這類陸基但以水面作戰為主的機隊一般也是配屬於海軍。  陸軍一般都擁有各式直升機組成的陸軍航空隊,以執行快速反應及三度空間的立體作戰,包括運輸、偵察、攻擊等用途的直升機與無人飛機都被廣泛使用。但是空軍與陸軍航空隊同樣以地面基地為營,也以對地面部隊的支援為主要任務,性質上有所重疊,事實上像美國空軍就是自陸軍航空隊獨立出來,因此必須先做好區分。以美國為例,在空軍能夠滿足陸軍所必須的各種空中支援的前提下,陸軍不得擁有可載人的定翼機,只能操作各種旋翼機與無人定翼機,而空軍則不得操作各種有人旋翼機,但救難用與特種作戰用的則不在此限。  另外像美國海軍陸戰隊等也擁有自身的少量艦基與陸基飛機和旋翼機,這些主要是用於登陸作戰中所需要的對地支援、運輸等任務。  而中華人民共和國的情況又有所不同。中國人民解放軍海軍航空兵擁有數百架各型戰機,但是其職能被嚴格定義為支援海軍海上艦船任務,分別配屬三大艦隊。而解放軍空軍,則承擔起國土防空和對地對海支援的任務,並且一併指揮地空導彈部隊,和海軍航空兵職能有部分重疊。  和大多數國家不同,中國的空降兵部隊是隸屬空軍的,儘管在實際的作戰和指揮體系上,會下放到軍區和前線指揮部。而中國的陸軍航空兵現今裝備直升機及運輸機。  前蘇聯與俄羅斯的空中力量分為空軍和國土防空軍,國土防空軍負責國土防空,並指揮地空導彈部隊。空軍則只負責戰區制空權的爭奪和對海,對陸的空中支援。此外也有海軍航空兵部隊,其主要組成部分是原航母艦載機隊(與中國海軍航空兵主要是陸基飛機又有所不同)

  空軍在空中作戰,所以空軍的裝備都是以飛機、導彈、炸彈為主,甚至核武器。飛機通常以用途分類,例如戰鬥機、攻擊機、轟炸機、運輸機、預警機、偵察機、無人機、電子作戰機等。另外還有地面勤務所需要的各種支援車輛,如油罐車、電源車、氣源車、掛彈車、拖曳車、導引車、無線電通訊車等。空軍戰機需要有機場才能起降與存放,而脆弱的機場就必須擁有自衛武力,等於是小型的陸戰,所以也會有高射炮、輕裝作戰車輛等。
空軍是涉及軍事航空之軍種,任務在於利用飛機與其他在空中飛行的武器系統進行武力投射,保護我方空域的充分使用,壓制作戰另外一方對於我方空域的干擾與使用他們自己的空域,支援其他軍種達到戰術與戰略目標的執行。