Le modèle de vol est la manière dont est simulé un aéronef dans le programme. FlightGear peut utiliser plusieurs modèles de vol parmi les trois disponibles à l'heure actuelle et chaque aéronef doit être programmé spécifiquement pour un de ces modèles.
Les premières versions utilisaient un modèle appelé LaRCsim, développé par la NASA, qui fut plus tard remplacé par des modèles plus flexibles :
Le moteur de simulation est SimGear. Il est utilisé autant pour des applications finales qu'en environnement de recherche, que pour le développement de simulations de vol.
Cette polyvalence de Flightgear est parfaitement illustrée par la grande variété d'aéronefs disponibles, allant du planeur à l'hélicoptère, en passant par les avions de ligne et les chasseurs. Ces aéronefs ont pour origine la communauté FlightGear.
Actuellement, seul un moteur de rendu de terrain est disponible : TerraGear. Les effets météo incluent les nuages 3D, les éclairs pendant les orages et l'heure courante. Il est possible d'avoir la météo en temps réel grâce aux données METAR.