空中加油機是在空中給飛機補充油料的軍用飛機。它的加油設備如附加油箱、輸油泵、錐形套和燃料傳感器等，通常安裝在機翼下麵的吊艙和機尾內。
它的外形和普通運輸機很相像，所不同的是，機體內貯存的是油料而不是貨物。
空中加油機有的能同時給幾架飛機加油。在空中加油的時候，加油機在受油機的前上方飛行，由飛行員打開輸油軟管的保險裝置，伸出錐形套，在氣流的作用下錐形套自動展開，同時將輸油軟管拖出。受油機飛行員看準錐形套，注意調整飛機速度、航向和高度，待受油管插進錐形套後，油路便自動接通。
以前沒有空中加油機時，飛機補充油料必須返回地麵，這不僅消耗油料，而且在空中停留的時間也短。