El combate aéreo formó una parte importante de la doctrina militar de la Segunda Guerra Mundial. La capacidad de los aviones para localizar, hostigar y atacar fuerzas terrestres jugó un papel decisivo en la doctrina alemana de armas combinadas, y su incapacidad para lograr la superioridad aérea sobre Gran Bretaña hizo inviable la invasión alemana de la isla. El Mariscal de Campo alemán Erwin Rommel apuntó sobre el efecto del poder aéreo: «Cualquier persona que tenga que luchar, incluso con las armas más modernas, contra un enemigo que tiene el dominio completo en el aire, lucha igual que un salvaje contra tropas europeas modernas, en virtud de las mismas desventajas y con las mismas oportunidades de éxito.»
Durante los años 1930, comenzaron a surgir dos corrientes de pensamiento distintas acerca del combate aire-aire, que dieron como resultado dos enfoques diferentes para el desarrollo de cazas monoplanos. En Japón e Italia especialmente, seguía habiendo un fuerte pensamiento de que los cazas monoplazas altamente maniobrables y ligeramente armados seguirían desempeñando un papel primordial en el combate aire-aire.
La otra corriente de pensamiento, que surgió principalmente en el Reino Unido, Alemania, la Unión Soviética y Estados Unidos, fue la convicción de que las altas velocidades de los aviones de combate modernos y las fuerzas G impuestas por el combate aéreo significaban que los combates aéreos cerrados o dogfights en el sentido clásico de la Primera Guerra Mundial serían imposibles. Que tuvieran una buena maniobrabilidad era conveniente, pero no era el objetivo principal.
La incorporación de armamento más potente se convirtió en una prioridad al principio de la guerra, una vez que se hizo evidente que los nuevos cazas monoplanos con recubrimientos reforzados no podían ser derribados fácilmente con ametralladoras con calibre de fusil. Las experiencias de los alemanes en la Guerra Civil Española les llevó a colocar cañones de calibre 20 mm en sus cazas. Los británicos pronto siguieron la adaptación, añadiendo cañones en las alas de sus cazas Hurricane y Spitfire. Los estadounidenses, al carecer de un diseño de cañón propio, en su lugar optaron por colocar múltiples ametralladoras de calibre 12,7 mm (.50) en sus cazas. La cantidad y potencia del armamento continuaron aumentando en el transcurso de la guerra, por ejemplo el Me 262 de reacción alemán tenía cuatro cañones de 30 mm en el morro. Los cañones disparaban proyectiles explosivos y podían abrir boquetes en el avión enemigo directamente en lugar de confiar en que la energía cinética de una bala sólida dañara un subsistema crítico (conductos de combustible, sistemas hidráulicos, cables de control, piloto, etc.). Hubo un debate entre la alta cadencia de tiro de las ametralladoras contra los más lentos, pero más devastadores, cañones automáticos.
Con la creciente necesidad de apoyo aéreo cercano en el campo de batalla, los cazas eran equipados con soportes para bombas y cada vez más usados como cazabombarderos. Mientras portaban armamento aire-superficie, como bombas y cohetes bajo sus alas, la maniobrabilidad de los cazas se reducía debido a la menor sustentación y mayor resistencia aerodinámica, pero una vez la carga bélica era liberada el avión ya volvía a ser de nuevo un caza totalmente capaz. Por su capacidad polivalente, los cazabombarderos ofrecían al personal de mando la libertad de asignar un grupo aéreo a la superioridad aérea o a misiones de ataque a tierra según fuera requerido.
Los rápidos avances en la tecnología del radar, que había sido inventado poco antes de que comenzara la Segunda Guerra Mundial, hicieron posible su instalación en algunos cazas, como el Messerschmitt Bf 110 alemán, los Bristol Beaufighter y de Havilland DH.98 Mosquito británicos y el Northrop P-61 Black Widow estadounidense, para permitirles localizar objetivos por la noche. Los británicos, que habían creado los primeros cazas nocturnos equipados con radar entre 1940 y 1941, perdieron su ventaja técnica con la Luftwaffe. Los alemanes desarrollaron varios tipos de cazas nocturnos. Como los radares de la época eran bastante primitivos y difíciles de utilizar, en vez de en caza monoplazas, normalmente se empleaban en aviones más grandes de dos o tres plazas con tripulantes especializados en el manejo del radar.
Como conclusión definitiva, es importante indicar la tremenda evolución de los aviones y de sus sistemas de funcionamiento, armamento, velocidad, etc. Aunque en un principio todos estos descubrimientos fueron únicamente utilizados para destruir y matar, para la historia han supuesto una gran ventaja: el desarrollo de la aeronáutica - sin duda - no hubiera sido el mismo sin la Segunda Guerra Mundial.
