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飞机出现后的最初几年，基本上是一种娱乐工具，主要用于竞赛和表演。但是当第一次世界大战（简称“一战”）爆发后，这个“会飞的机器”逐渐被派上了用场。1909年，美国陆军装备了第一架军用飞机，机上装有1台30马力的发动机，最大速度68千米/小时。同年制成1架双座莱特A型飞机，用于训练飞行员。
第一次世界大战初期，军用飞机主要负责侦察、运输、校正火炮等辅助任务。当“一战”转入阵地战以后，交战双方的侦察机开始频繁活动起来。为了有效地阻止敌方侦察机执行任务，各国开始研制适用于空战的飞机。
世界上公认的第一种战斗机是法国的莫拉纳·索尔尼埃L型飞机。它由于装备了法国飞行员罗朗·加罗斯的“偏转片系统”，解决了一直以来机枪子弹被螺旋桨干扰的难题。随后，德国研制出更加先进的“射击同步协调器”并安装在“福克”战机上，成为当时最强大的战斗机。“福克”战机的出现，从根本上改变了空战的方式，提高了飞机的空战能力，从此确立了战斗机武器的典型布置形式。
现代仿制的“福克”战机
随着空战的日趋激烈，战斗机作为军用飞机家族中的一个新成员，从此走上了“机动、信息、火力三者并重”的发展轨迹，在速度、高度和火力等方面不断改进。“一战”结束时，战斗机的飞行时速已达到200千米，升限高度达6千米，重量接近1000千克，发动机功率169千瓦，大多配备7.62毫米的机枪。总体来说，飞机在第一次世界大战中的地位是从被反对到不受重视，再到受重视，其地位的不断发展也为以后的战争方式定下了基调。
在第二次世界大战（简称“二战”）中，飞机开始成为战争的主角。由于在“一战”中后期飞机的战略作用被各个国家所认识，到“二战”开始时，军用飞机已经得到了很好的发展，各种不同作战用途的战机也应运而生，如攻击机、截击机、战斗轰炸机、俯冲轰炸机、鱼雷轰炸机等。
由于“二战”期间各种舰船（包括航空母舰）得到了大范围的使用，这也使得各种舰载机在战斗中具有巨大的发挥空间，往往是各种海战的主导者。在飞机性能方面，“二战”期间的战斗机的飞行时速度已达700千米，飞行高度达11千米，重量达6000千克，所用活塞式航空发动机制功率接近1470千瓦。瞄准系统已有能作前置量计算的陀螺光学瞄准具。
“二战”时著名的美国P-51“野马”战斗机
“二战”末期，德国开始使用Me 262喷气式战斗机，飞行时度达960千米。战后，喷气式战斗机普遍代替了活塞式战斗机，飞行速度和高度迅速提高。
20世纪50年代初，首次出现了喷气式战斗机空战的场面。苏联制造的米格-15“柴捆”（Faggot）和美国制造的F-86“佩刀”（Sabre）都采用后掠后翼布局，飞行速度都接近音速（1100千米/小时），飞行高度为15千米。机载武器已发展到20毫米以上的机炮，瞄准系统中装有雷达测距器。带加力燃烧室外的涡轮喷气发动机便于改善飞机外形，战斗机的速度很快突破了音障。20世纪60年代以后，战斗机的最大速度已超过两倍音速，配备武器已从机炮、火箭弹发展为空对空导弹。
在20世纪60年代中期，以苏联米格-25和美国YF-12为代表的战斗机的速度超过3倍音速，作战高度约23千米，重量超过30吨。但是60年代后期的越南战争、印巴战争和中东战争的实践表明，超音速战斗机制空战大多是在中、低空，以接近音速的速度进行的。
空战要求飞机具有良好的机动性，即转弯、加速、减速和爬升性能。装备的武器则是机炮和导弹并重。因此，此后新设计的战斗机不再追求很高的飞行速度和高度，而是着眼于改进飞机的中、低空机动能力，完善机载电子设备、武器和火力控制系统。
飞行速度超过3倍音速的米格-25
到了21世纪初，战斗机基本是多功能战斗机，更加强调作战任务的灵活性，既能同对手进行空战，又拥有强大的对地攻击火力，能以尽量少的架次完成尽量多的任务，在执行任务中能够接受临时赋予的其他任务，甚至能够先进行空战然后再对地攻击。
从现代空战的角度来看，未来空中战场不外乎是信息、机动和火力综合优势的争夺。未来战斗机系统之间的整体对抗，将表现为多机编队对信息、机动和火力的综合利用。