航空母艦的主要武器裝備是它裝載的各種艦載機，殲擊機、轟炸機、預警機、固定翼反潛機、電子戰機、救援直升機等航空母艦利用艦載機進行空中截擊、對海對陸進行攻擊，直接把敵人消滅在距離航母數百千米之外的領域艦載機是航空母艦最好的進攻和防禦武器。從理論上說，沒有壹種艦載雷達的掃描範圍能超過預警機，沒有壹種艦載反艦導彈的射程能超過戰機的航程，沒有任何壹種艦載反潛設備的反潛能力能超過反潛機或反潛直升機。整個航空母艦戰鬥群可以在航母的整體控制指揮下，對數百公裏外的敵對目標實施搜索、追蹤、鎖定、攻擊所以無需再安裝其它進攻性武器。
航空母艦上也裝備自衛武器，有火炮武器、導彈武器。前蘇聯的航母同時裝備有遠程艦對艦導彈，從這壹點來說前蘇聯的航母是“航母與巡洋艦的混合體”武器裝備還有對空，對艦甚至反潛導彈，自衛武器毫不含糊，對自身的保護起了很大作用， 壹般來說，航空母艦主要有以下類型：按擔負的任務，可分為攻擊航母、反潛航母、護航航母和多用途航母按艦載機種類，可分為固定翼飛機航母和直升機航母；按噸位，可分為大型航母、中型航母和小型航母；按動力可分為常規動力航母和核動力航母。
任務分類
根據執行任務類型分為攻擊航空母艦、反潛航空母艦、護航航空母艦和多用途航空母艦。攻擊型航空母艦主要載有戰鬥機和攻擊機，反潛航空母艦載有反潛直升機。多用途航空母艦既載有直升機，又載有戰鬥機和攻擊機各國裝備的航母多為多用途航空母艦。
排水量分類
超級航母（滿載排水量8萬噸及以上）；大型航母（滿載排水量6萬噸至8萬噸）；中型航母（滿載排水量3萬噸至6萬噸）和小型航母（滿載排水量3萬噸以下）。
艦載機分類
有固定翼飛機航空母艦、短距起降航空母艦及直升機航空母艦，前者可以搭乘和起降包括傳統起降方式的固定翼飛機和直升機在內的各種飛機，壹般噸位在4萬噸以上，現有美、俄、英、中國、印度裝備。而中者則只能起降直升機或是可以垂直起降的固定翼飛機，噸位較小，壹般是4萬噸至2萬噸的輕型航空母艦，大多為西方歐洲等國家裝備。後者噸位最小，只能攜帶壹定的直升機以及少量的垂直起降戰鬥機。
動力裝置分類
核動力航空母艦和常規動力航空母艦。核動力航空母艦以核反應堆為動力裝置。常規動力航空母艦以蒸汽輪機為基本動力的航空母艦。常規動力航母的缺點是有壹個極大的煙囪，非常礙事且容易暴露目標。而核動力航母就沒有煙囪。而且核動力航母的續航力比常規動力航母要強大得多，如美國的“尼米茲”級核動力航母滿載核燃料可以以35節的最高速度行駛10萬海裏（赤道周長為3萬海裏）。
其他
此外，壹些國家的海軍還有壹種外觀類似的艦船，稱作“兩棲攻擊艦”，也能搭乘和起降軍用直升機或是可垂直起降的定翼機。這種兩棲登陸艦好似被縮小的航母，這種艦用途也很廣泛，主要是作為搶灘登陸的運輸工具。 艦載機是航空母艦的主要武器，其性能決定航母的戰鬥能力，載機數量越多者實力也相對越強，航空母艦本身也是為了讓飛機起降、維修以及使其能長期作戰而存在，相較於傳統最大攻擊距離僅有40千米的戰列艦艦炮武器艦載機有著1000千米以上的作戰航程，還可以空中加油的方式延長航程，並能在攻擊完後回到航母上裝載彈藥再度起飛攻擊，其作戰持續性和任務多樣的作戰能力也是艦載機與巡航導彈在海戰所扮演的角色最大的不同。
艦載機按照用途種類可分作轟炸機、反潛機、魚雷機、攻擊機、戰鬥機、預警機、電戰機、直升機和偵察機其中以攻擊機和戰鬥機為航母艦載兵力的核心組成部分；若以布局和起降方式為依據，艦載機還可分作直升機、傳統起降機和垂直起降機。現今大規模戰爭不再、軍費縮減、航母空間有限的背景下為節約成本而讓單壹艦載機功能多樣化，專職的水平、俯沖轟炸機並入攻擊機，許多的專職戰鬥機退役，改以戰鬥轟炸機與攻擊戰鬥機（Strike Fighter）取代之，專職的艦上魚雷機與偵察機也從航空母艦上消失。
艦載機由於其特殊而嚴苛的作戰環境，在諸多設計上與陸基飛機截然不同例如在機身材料選擇上，由於要考慮機體長期置於甲板上具有腐蝕性鹽霧、汙染物和高溫輻射等條件復雜的環境，材料必須慎選；在結構上艦載機由於長期使用著艦鉤降落、彈射起飛時極大的縱向過載，其整體強度必須要比陸基飛機更優秀；還有氣動技術上必須嚴格要求低進場速度、高升力、失速控制和迎角飛行能力等等。在航母駛往遠方戰場進行獨立作戰時，艦載機兵力難以補充，這些直接影響其存活率的因素格外重要。
艦載戰鬥機、攻擊機
F-35聯合戰鬥機，為英美等多國海軍預計將使用的新壹代艦載機。
艦載戰鬥機、攻擊機與戰鬥攻擊機是航空母艦的主力，2011年之際服役中的有美國的F/A-18、F/A-18E/F、法國的陣風M、英國海獵鷹II式（意大利、泰國與西班牙也采用該機種）、印度的海獵鷹式、俄羅斯的Su-25、Su-33和巴西的A-4天鷹式。英美與其多個盟國計劃裝備新壹代的F-35聯合打擊機，該機為第五代戰鬥機，有著隱身與垂直/短程起降的能力，其C型與B型將分別取代大黃蜂和海獵鷹系列，由於意大利與西班牙亦是潛在買主之壹，屆時艦載機類型將大幅統壹，俄羅斯則預計在未來以米格-29取代的Su-33，印度海軍也預計采用前者作為新式艦載機。中國海軍的殲-15由中國從烏克蘭購得的T-10K-3試驗機（蘇-33原型機）發展而成，將部署到瓦良格號航空母艦以及未來中國國產航空母艦上。
在上述現役的艦載機中，海獵鷹式與海獵鷹II式艦載機為垂直起降機，其戰鬥能力雖較直升機為強，能進行某種程度的空戰、反艦、對地攻擊行動，但因為必須以垂直/短程起降，在載重量上受到限制，故能搭載的武器和油料壹般皆不如傳統起降機。
艦載直升機、反潛機、預警機
服役中的固定翼的預警機僅有E-2空中預警機，由美國與法國航母使用，英國與俄羅斯則為反潛直升機或是垂直起降的獵鷹系列改裝型，前者計劃裝備V-22魚鷹式傾斜旋翼機的預警機型。壹般來說，艦載直升機負責反潛、搜索、中程制導、運輸和救援的任務，但不足以肩負對敵軍戰鬥機或導彈的攔截行動，遠程打擊能力也不足作為預警機的能力也不如固定翼飛機，與陸基直升機相比，艦載直升機有著為了收納至機庫方便，體積更小、重量更輕，旋翼與尾梁皆為折疊式等特點，有些艦載直升機甚至能於水面起降。世界各國航母主要就服役5種軍用直升機，為美國海軍的“SH-60海鷹式”、“SH-3海王式”和俄羅斯“卡-27”。美國海軍也有使用固定翼反潛機“S-3維京式”，但由於冷戰結束、任務需求量大減，多被用於其他任務，如偵查和空中加油。 大部分現代航母的武裝除了艦載機就只有保護自身最低限度的武器，包括各式防空導彈、近程防禦武器系統以及電子戰武器設施。之所以發展至如此，其肇因於航母角色的轉換與雷達設備的進步。啟蒙時期時，航母艦載機的對艦打擊能力還在不明了的狀態，定位為海上為戰列艦偵查的工具。這樣壹來就無須太在乎甲板設計會影響到艦載機數量的問題。另外，由於當時艦載雷達尚未出現，航母會在無意間進入敵艦射程範圍內，為了進行反擊，航母上會配裝艦炮。二戰期間，艦載雷達蓬勃發展，航母可有效避開敵艦的突襲，加上艦載機的攻擊能力已得到了證明，航空母艦本身就不需要防空火炮以外的武器，中大口徑艦炮隨即消失。爾後飛機進入噴氣超音速時代後，傳統防空炮根本無法應付，因此美國曾計劃將防空任務全交由艦載機負責。
然而到了1980年代，由於蘇聯海軍強化了反艦導彈打擊能力，發展了自潛艇、飛機與水面艦等多平臺發射大量反艦導彈進行飽和性攻擊，這種戰法極可能突破由艦載戰鬥機與護衛艦艇組成的空中防護網，因此航母本身還是配備了防空導彈、近迫武器以及電子戰等武器來確保自身的安全，若是傳統動力航母還可發射熱焰彈來閃避紅外線制導的導彈。以美國尼米茲級航母為例，即裝有射程約50千米的進化海麻雀導彈（RIM-162 ESSM）、射程26千米的海麻雀導彈、射程9.6千米的RIM-116滾體導彈、射程4.5千米的20毫米密集陣近防系統，還有幹擾敵人雷達的反電戰裝置（ECM，例如SRBOC幹擾絲發射系統）。蘇聯與俄羅斯航母算是個例外，由於其海軍艦隊防空網強度不足以及該國重視單艦作戰能力，“基輔”級與“庫茲涅佐夫”級艦本身火力比西方各國航母強上許多，包括反潛火箭、反艦導彈、防空導彈以及近迫防禦武器。意大利的“加裏波底”號也有類似的武裝，後者也是唯壹壹種可以發射魚雷的航空母艦。另外，該國的“加富爾”號、法國的“戴高樂”號還有著垂直發射的防空導彈，反應時間比“尼米茲”級者更短。
除了對應敵軍武器，航母上亦有完善的消防系統，前者使用了海龍、泡沫、蒸氣、海水等復式設計，並以甲板和機庫為重點配置，可以中央管制室或地區獨立運作。