La Seconde Guerre mondiale et la Guerre froide ont entraîné un effort de recherche et d'innovation considérable afin d'obtenir une supériorité sur le camp adverse. Cet effort s'est naturellement manifesté dans la mise au point de technologies de plus en plus avancées.
D'abord propulsés par le moteur à combustion interne entraînant une hélice, puis un modèle conçu avec un moteur-fusée (le Messerschmitt Me 163), les avions militaires ont utilisé le moteur à réaction dès la fin de la Seconde Guerre mondiale. Ceci a rapidement permis de voler à des vitesses tout juste supersoniques dès les années 1950, et encore plus élevées à partir des années 1960.
Des progrès considérables ont également été accomplis dans le domaine électronique (radar, commandes de vol électriques, systèmes de navigation, etc.) et de l'armement (missile, bombe guidée laser, etc.) : aujourd'hui, un chasseur peut en abattre un autre à 80-90 km de distance avec un missile air-air et tirer une munition air-sol à des centaines de km de sa cible.
L'aviation militaire (terrestre et aéronavale) déroge au protocole de Kyoto et est très émettrice de gaz à effet de serre. L'utilisation de drones est parfois présentée comme permettant une surveillance à moindre impact environnemental, en complément de l'imagerie satellite dont l'écobilan ne semble pas non plus avoir été fait.
Les carburants de ces avions peuvent contenir des additifs toxiques et polluants. Les produits (antigels, produits de nettoyage..) peuvent aussi au sol contribuer à polluer les aérodromes militaires et leurs environs. Un avion en difficulté se débarrasse généralement de son carburant avant un atterrissage en urgence, souvent au-dessus d'une forêt ou d'une zone agricole ou de la mer, pour éviter de polluer les villes.
Les munitions des avions et hélicoptères sont aussi sources de pollution lors de leur usage, des exercices ou en fin de vie si elles ne sont pas démantelées dans les meilleures conditions (ce qui est le plus souvent le cas depuis l'invention de l'aviation militaire).
Se pose aussi la question des déchets militaires et du démantèlement en fin de vie (les avions comprennent de nombreux métaux polluants, et contiennent généralement de l'amiante et des matériaux amiantés.. À titre d'exemple, l’armée de l’air française prévoit le retrait d'environ 70 aéronefs par an en moyenne sur la période 2009 – 2014 (800 t/an d'aluminium et autres métaux et composites, soit 6 000 t de matériel volant à démanteler pour 2009 – 2015 ; plus de 800 cellules d’aéronefs dont 300 d'hélicoptères). Ce matériel s'ajoute aux environ 400 aéronefs déjà en attente d’élimination (+/- 2750 t), notamment regroupés sur la base aérienne de Châteaudun.
On estime qu'en 2002 environ 28 000 avions de combat étaient opérationnels dans le monde, avec la répartition géographique suivante :