增加飞机航程及作战半径
为了加大飞机航程，除了提高飞机和发动机的性能外，只能增加机载油量，而飞机重量与飞行性能又是一个长期困扰飞机设计的矛盾。利用空中加油就可以使这一矛盾得到合理解决。
一般情况下，进行一次空中加油，轰炸机作战半径可增加25%一30%，战斗机增加30%一40%，运输机的航程可增加一倍，如果进行多次空中加油，则作战半径和航程可以增加到机上贮氧量及飞行员体力能达到的最大范围。增加航程还可以使作战飞机远距离迅速转移，实施突袭或战略布防。
直升机一般航程较短，进行空中加油则可使之完成远海作业、紧急救援或其它特殊任务。
增加飞机留空时间
增加飞机留空时间对预警机及担任巡逻的飞机有特殊意义。在现代战争中，为取得制空权，需要在战区保持不间断的巡逻或空中警戒，利用空中加油可以增加续航时间并大大减少出动架次。
对舰载机来说，当出现舰面不能着陆的紧急情况时，可对返航的飞机进行空中加油，使其留空待命或转飞备降场。
增加机载设备或飞机有效载重
在飞机起飞重量受到限制的情况下，可以减少载油量，装载更多的武器弹药或特种设备，起飞后再进行空中加油，完成之后的作战任务。
