在第二次世界大戰中，航空母艦在太平洋戰場上起了決定性作用，從日本海軍航空母艦編隊偷襲珍珠港，到雙方艦隊自始至終沒有見麵的珊瑚海海戰，再到運用航空母艦編隊進行海上決戰的中途島海戰，從此航空母艦取代戰列艦成為現代遠洋艦隊的主幹。
美國建造了大批埃塞克斯級航空母艦，組成龐大的航空母艦編隊，成為海戰的主角。戰爭期間廉價的小型護航航空母艦被大量建造，投入到反潛護航作戰中。
現代航空母艦
第二次世界大戰結束後出現的斜角飛行甲板、蒸汽彈射器、助降瞄準鏡的設計，提高了艦載重型噴氣式飛機的使用效率和安全性。
高性能噴氣式飛機得以搭載到現代化的航空母艦上，排水量越來越大，美國福萊斯特級航空母艦是第一艘專為搭載噴氣式飛機而建造的航空母艦。
美國的1961年11月25日建成服役的企業號航空母艦是世界上第一條用核動力推動的航空母艦，即核動力航母。采用核動力的最大好處是提高續航能力。
核動力燃料更換一次可連續航行數十萬海裏，使航空母艦具備了近乎無限的機動能力，消除了常規動力航空母艦大型煙囪對飛行作業的影響。從此美國海軍建造了一係列排水量8萬噸的尼米茲級航空母艦。
英國財力衰弱使皇家海軍無力擁有大型航空母艦，英國無敵級航空母艦很像第二次世界大戰中的小型護航航空母艦，采用滑跳甲板，垂直短距起降飛機。
在1982年英國、阿根廷的福克蘭群島爭端中，英國依靠它在遠離本土8000英裏的地方取得勝利。蘇聯采用垂直起降飛機的基輔級航空母艦（蘇聯海軍稱為“大型反潛巡洋艦”）則裝有重型武備。蘇聯/俄羅斯最終建成的庫茲涅佐夫號航空母艦采用滑跳甲板避免了安裝複雜的彈射裝置。
在波斯灣、阿富汗和太平洋地區美國利用它的航空母艦艦隊維持它的利益。在1991年海灣戰爭和2003年美軍占領伊拉克的過程中，美國盡管在中東沒有足夠的陸上機場，依然能夠利用其航空母艦戰鬥群進行主要攻擊。
21世紀初世界上所有航空母艦一共約可以裝載1250架飛機，其中美國的載機數超過1000架。英國和法國正在擴大其載機量，法國建造了戴高樂號航空母艦，英國也計劃建造伊麗莎白女王號航空母艦。
起飛技術
固定翼飛行器從航空母艦起飛的方式可以分三種。
第一種是蒸汽彈射起飛，使用一個平的甲板作為飛機跑道。起飛時一個蒸汽驅動的彈射裝置帶動飛機在兩秒鍾內達到起飛速度。
目前隻有美國具備生產這種蒸氣彈射器的成熟技術。蒸汽彈射有兩種彈射方式，一種是前輪彈射，由美國海軍於1964年試驗成功，彈射時由滑塊直接拉著飛機前輪起飛。這樣不用8～10人來為飛機掛拖索和減拖索了，彈射時間減短，飛機安全性好。
美國現役航母都采用這種方式。第二種是拖索式彈射，顧名思義，就是用鋼質拖索牽引飛機加速起飛，這種彈射方式比較老，各方麵都不如前者好，目前隻有法國的“克萊蒙梭”級航母使用。
第二種是斜板滑跳起飛。有些航空母艦在其甲板前端有一個“跳台”幫助飛機起飛。飛機在起飛的時候以自己的動力經由跳台的協助跳上空中。
這種起飛方式不需要複雜的彈射裝置，但是飛機起飛時的重量以及起飛的效率不如彈射。英國、意大利、印度和俄羅斯的一些航空母艦便采用這種技術。
在兩種情況下航空母艦都必須以20節（36公裏/小時）以上的速度逆風航行，來幫助飛機起飛。
第三種是垂直起降。垂直起降技術顧名思義就是飛機不需要滑跑就可以起飛和著陸的技術。它是從50年代末期開始發展的一項航空技術。英國、美國、俄羅斯的一些航空母艦采用這種技術。
除此以外，電磁彈射器是正在研究中的下一代飛機彈射裝置，與傳統的蒸汽式彈射器相比，電磁彈射具有容積小、對艦上輔助係統要求低、效率高、重量輕、運行和維護費用低廉的好處。
起降過程
在航空母艦上降落，尤其是在夜間或在天氣不好的情況下，是最困難的飛行技巧了。以美國航空母艦為例，降落過程是這樣的：
首先回歸的飛機要進入環繞母艦的環型航線以降低飛行高度和速度，有些時候可能還需要脫離等待中的降落航線去進行空中加油。
在降落時飛機的速度要降低到幾乎失速的地步。飛行員將放下起落架、襟翼與空氣減速板，將捕捉鉤伸出，維持一定的速度和下滑速率。航艦上的降落官指揮飛機降落，他不斷地告訴飛行員，他離最佳情況的偏差是多少；航空母艦上的燈光提示飛行員，下降時的角度是否正確。
在航空母艦的飛行甲板後部有四條攔截索（尼米茲級航母第九艘CVN76“羅納德裏根”號隻有三根）。降落的飛行員必須讓捕捉鉤掛上其中一條。在最佳情況下他應該掛上第三條，假如他掛上前兩條，那麼他的下降角度太平，假如他掛上最後一條，那麼他的下降角度太陡。
在著陸時飛行員必須將飛機完全壓低，這樣他可以保證鉤住一條攔截索。同時他必須將發動機開到最大，這樣假如他沒有掛上攔截索的話他可以在最短的時間之內加速離開甲板，重新回到降落航線。
攔截索是由液壓製動的，它可以在兩秒鍾和50米內使飛機停下來。飛行員會依照甲板上的地勤人員的指示將發動機的推力降低到慢車並且離開降落區。