“一代材料，一代飞机”，飞机的每一次进步都和航空材料的进步密切相关。航空材料对飞机性能的影响很大，因此材料技术的不断进步是航空发展历程重要的组成部分，从飞机材料的先进程度往往可以推测飞机的先进程度。100多年来，飞机材料经历了从非金属到金属再到非金属的循环式提高，而且看起来似乎并没有终点。
　　传统的木材
　　很显然，飞机材料需要尽量的轻，同时需要足够的强度，以保证能承受飞行时产生的巨大气动力。寻找最合适的飞机材料的任务即使在今天依然在进行当中，更不要说在100年前了。
　　在飞机的启蒙时期，人们利用手上一切可以使用的材料来制造飞机。莱特兄弟的“飞行者一号”用云杉木做机翼结构，用布料做蒙皮，框架中間也塞满了织物。以“飞行者一号”的重量和飞行速度来看，这种材料和结构已经足够轻且坚固，并且具有一定的柔性。确实，在那个飞机都是从手工作坊走出来的时代，木材是人们最方便得到的具有一定强度、密度不大且加工方便的材料。事实上，即使到了后来金属飞机大行其道之时，木制飞机还是有很多经典之作。例如二战期間横行德国上空的“蚊”式飞机，它除了发动机以外就都是木制结构，可以利用家具厂的资源生产，而且不占用宝贵的金属材料。
　　实际上，木材虽然比金属材料轻，但由于其强度有限，如果飞机设计不好的话木制飞机反而可能比金属飞机更重，因为要达到相同的强度需要的木材更多。这个问题的典型事例就是“云杉木鹅”：全身都是由云杉木打造的、人类历史上外型尺寸最大的飞机。它正式的名称是休斯H-4“大力神”，但他们外号除了“云杉木鹅”之外，人们还叫它“能飞的贮木场”。“云杉木鹅”的重约200吨，是二战期間设计的最大的飞机，由于战时金属材料紧缺，因此飞机都使用木材制造。这架飞机设计于20世纪40年代初，但到1947年才建造完毕，且只进行了一次飞行，飞行速度约120千米／小时，飞行高度仅24米，飞行距离1600多米，然后就被束之高阁，再也没有飞过。显然，它的动力相对于200吨的体重来说太过弱小了。
　　长盛不衰的铝合金
　　随着对飞机性能要求的不断提高，飞机的速度、载重和机动性都有较大的提高，木质材料的缺点越来越多地暴露出来，诸如结构脆弱、安全性差等，木质结构走到了尽头。人们也逐渐意识到全金属飞机的安全性大大优于木质飞机(包括钢-布结构)。当然，对于所谓的全属飞机，如果都用钢材来制造飞机以当时的条件看是不现实的，因为航空发动机无法为沉重的全钢飞机提供足够的动力，于是铝合金作为一种高强度、低密度的材料登上历史舞台。实际上，早在20世纪头20年，德、法等国已经设计出为数不多的几架铝合金飞机，但由于在气动布局上没有大的突破，所以性能没有什么提高，而且还白白增大了质量。
　　在人类航空史上，20世纪30年代正处于民航事业起步、创记录飞行此起彼伏的“黄金时代”，飞机结构开始趋向单翼布局以及全金属化。随着飞机设计技术的进步，适合铝合金的先进的气动布局开始出现，铝合金也逐渐取代早期的木质材料成为飞机材料的主流，除受力较大的部件仍然采用钢材之外，其他主要部件都采用铝合金制造。但是由于铝合金成本较木材高，因此除军用飞机加速采用铝合金的步伐以外，当时仍有大量的木制结构飞机在民航中服役。直到今天，铝合金仍是最为重要的航空材料之一，并且仍然不断推出新型的铝合金材料。铝锂合金就是先进铝合金材料之一。锂是世界上最轻的金属，把锂加入金属铝中，形成铝锂合金，可以降低合金的密度、增加刚度，保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性、适宜的延展性。1957年，英国研制成功含锂1.1％的X-2020铝合金，用于美国超声速攻击卡几RA-5C，重量减轻6％：1967年以后，由于冶金技术发展，出现含锂量更大、密度更小、强度更高的铝锂合金，目前应用在许多先进的战斗机和民航飞机上。
　　后起秀之复合材料
　　广义上讲，复合材料指是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。由于各种材料在性能上互相取长补短，可以产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
　　与金属材料相比，复合材料并不是完全“致密”的，总是存在一定的“缺陷”，并且可以作为材料的“初始缺陷”，即在使用时就存在的缺陷。当然，金属材料也存在这种初始缺陷，只是一般比复合材料的要小。虽然复合材料的初始缺陷要大，但随着部件承受的循环载荷周期的增加，当两种材料都开始出现需要检查的裂纹时，金属材料的裂纹会很快扩展到产生破坏，并彻底断裂：而复合材料由于多层纤维的牵制作用，裂纹扩展得较慢，而且可以在承受比金属材料更多的循环之后，才产生破坏并断裂。这表明复合材料的使用寿命长，而且寿命分散性好(即在发现裂纹后可以“应急”使用一段时間，不用像金属材料那样需要迅速更换)。
　　另外，复合材料具有很强的强度可设计性，即由于材料层板由不同向的纤维组成，在不同方向上的强度不同，而且在加工时需要一层一层的铺放纤维带，可以控制不同部位的材料厚度，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列，即在需要加强的地方多铺材料，在强度要求较弱的地方铺放较少的材料。这样可以减轻部件重量，并引导部件向有利的受力方向扭转(例如制造前掠机翼)。
　　不过，复合材料也有它自己的问题，主要是耐冲击性能不好、宜机加工性能差等。通常复合材料是用纤维一层一层铺出来的，然后用树脂填充，这个特点使其在受到冲击时会产生“分层”缺陷，即原来粘在一起纤维和基体产生了分离，而且这种缺陷往往不会体现在表面，而是隐藏于材料内部。根据美国空军的规定，飞机的复合材料表面受到的外部冲击能量上限为136焦，约相当11千克的物体从1.2米的高度下落所产生的冲击。
　　除了树脂基增强的复合材料以外，还有其他种类的复合材料，可以起到不同的作用。例如以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛基复合，不但使材料的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比一般高温合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。碳纤维增强碳基、石墨纤维增强碳基或石墨纤维增强石墨基复合材料，可构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。