Ilmavoimat on valtion asevoimien haara, joka sai alkunsa ensimmäistä maailmansotaa edeltävänä aikana ja syntyi ensimmäisen maailmansodan aikana. Itsenäiset ilmavoimat perustettiin 1910-luvulla esimerkiksi Isoon-Britanniaan ja Suomeen. Sotilasilmailu ei edistynyt maailmansodan loputtua eikä aselaji itsenäistynyt maavoimista esimerkiksi Yhdysvalloissa ennen kuin toinen maailmansota oli osoittanut sen tehon.
Ilmavoimat ylläpitää lentokalustoa, lentokenttiä ym. infrastruktuuria ja toteuttaa ilmatilan valvontaa sotilaslentäjien ja muun henkilökunnan avulla. Ilmavoimien päätehtävät ovat (suluissa termejä englanniksi, koska niiden lyhenteitä käytetään lentokoneiden luokitusmerkintöinä ja tyyppitunnuksissa):
Ilmavoimat ovat useimmissa maissa (kuten Suomessa) oma puolustushaaransa, joka on ainoa, jolla on lentokoneita. Suomeen on kuitenkin perustettu maavoimien puolustushaaraan kuuluva helikopteriaselaji.
Suurvalloilla on ilmavoimien lisäksi muillakin puolustushaaroilla omat ilmavoimansa. Yhdysvaltain muista puolustushaaroista itsenäiset ilmavoimat on US Air Force, mutta myös merijalkaväellä (Marine Corps) ja laivastolla (Navy) on omat ilmavoimansa. Suurissa maissa ilmavoimien itsenäisyys perustuu niiden strategiseen tuhovoimaan, mikä tarkoittaa käytännössä useassa tapauksessa ydinpommituslentokoneita. Muiden puolustushaarojen ilmavoima-aselajit tukevat puolustushaaran omaa taistelua.