航天材料的進步取決於以下三個因素:①材料科學理論的新發現:如鋁合金時效強化理論導致硬質鋁合金的發展；高分子材料剛性分子鏈的定向排列理論導致了高強度、高模量芳綸有機纖維的發展。(2)材料加工技術的進步:如古代的鑄鍛技術發展到定向凝固技術和精鍛技術，從而使高性能葉片材料實用化；隨著復合材料增強纖維鋪層設計和技術的發展，它在不同應力方向上具有最佳特性，這使得復合材料具有了“可設計性”，並為其應用開辟了廣闊的前景。熱等靜壓(HIP)和超細粉末制造技術等新技術的成就創造了新壹代具有全新性能的航空航天材料和零件，如粉末冶金渦輪盤和高性能陶瓷零件。(3)材料性能測試和無損檢測技術的進步:現代電子光學儀器可以觀測到材料的分子結構；材料力學性能測試裝置已經可以模擬飛機的載荷譜，無損檢測技術也取得了快速的進步。材料性能測試和無損檢測技術正在提供越來越詳細的信息，為飛機設計提供更接近實際使用條件的材料性能數據，為生產提供保證產品質量的測試手段。壹種新型的航空航天材料，只有在這三個方面都發展到成熟階段，才能應用到飛機上。因此，世界各國都優先考慮航天材料。中國在20世紀50年代成立了北京航空材料研究所和北京航天材料技術研究所，從事航天材料的應用研究。
簡介18年60年代的歐洲工業革命，極大地發展了紡織業、冶金業和機器制造業，從而結束了人類只能用天然材料挑戰天空的時代。1903年，美國萊特兄弟制造了第壹架裝有活塞式航空發動機的飛機。當時使用的材料是木頭(47%)、鋼(35%)和布(18%)，飛機的飛行速度只有16 km/h，1906年，德國冶金學家發明了可以時效強化的硬鋁，使制造全金屬結構的飛機成為可能。20世紀40年代出現的全金屬結構飛機運載能力大幅提升，飛行速度超過600km/h..在合金強化理論基礎上發展起來的壹系列高溫合金提高了噴氣發動機的性能。20世紀50年代鈦合金的研制成功和應用，對克服機翼蒙皮的“熱障”問題起到了重要作用。飛機性能大幅提升，最大飛行速度達到三倍音速。20世紀40年代初出現的德國V-2火箭，只使用了普通的航空材料。50年代後，材料燒蝕防熱理論出現，燒蝕材料研制成功，解決了彈道導彈彈頭再入防熱問題。20世紀60年代以來，隨著航空航天材料性能的不斷提高，壹些飛機部件采用了更先進的復合材料，如碳纖維或硼纖維增強環氧樹脂基復合材料和金屬基復合材料，以減輕結構重量。返回式飛船和航天飛機在再入大氣層時會遇到氣動加熱過程，比彈道導彈彈頭加熱時間長得多，但加熱速度慢，熱流小。采用抗氧化性能更好的碳碳復合陶瓷隔熱瓦等特殊材料可以解決防熱問題。
分類飛機在80年代已經發展成為機械和電子高度集成的產品。它需要使用種類繁多、性能先進的結構材料和電、光、熱、磁等各種性能的功能材料。根據使用對象的不同，航空航天材料可分為飛機材料、航空發動機材料、火箭導彈材料和航天器材料。按材料的化學成分可分為金屬及合金材料、有機非金屬材料、無機非金屬材料和復合材料。
材料的條件很多航空航天材料制成的零件，往往需要在超高溫、超低溫、高真空、高應力、強腐蝕等極端條件下工作。有些部件受重量和容納空間的限制，需要以最小的體積和質量完成正常情況下等效的功能。有些部件需要在大氣層或外太空長期運行，不可能停下來檢查或更換部件，因此必須具有高可靠性和質量保證。不同的工作環境要求航天材料具有不同的特性。
高比強度和比剛度對飛機材料的基本要求是:材料輕、強度高、剛度好。減輕飛機本身的結構重量，意味著增加運載能力，提高機動性，增加飛行距離或航程，減少燃料或推進劑的消耗。比強度和比剛度是衡量航天材料力學性能的重要參數；
比強度=/
比剛度=/其中[kg2][kg2]是材料的強度、材料的彈性模量和材料的比重。
飛機除了承受靜載荷外，還會受到起降、發動機振動、旋轉部件高速旋轉、機動飛行、突發風等引起的交變載荷，因此材料的疲勞性能也受到了極大的關註。
耐高低溫性能優異的飛機所經歷的高溫環境是由空氣動力加熱、發動機燃氣和太空中的太陽輻射造成的。飛機要在空中長時間飛行，有的飛行速度高達3倍音速。所用高溫材料應具有良好的高溫持久強度、蠕變強度和熱疲勞強度，在空氣和腐蝕介質中具有較高的抗氧化性和抗熱腐蝕性，並應具有在高溫下長期工作的結構穩定性。火箭發動機的燃氣溫度可達3000[2oc]以上，噴射速度可達十幾馬赫。此外，固體火箭氣體還混有固體顆粒。彈道導彈彈頭再入大氣層時，速度可達20馬赫以上，溫度可達數萬攝氏度，有時還會受到粒子雲的侵蝕。因此，航空航天技術領域所涉及的高溫環境往往既包括高溫高速氣流，也包括顆粒侵蝕。在這種條件下，就需要利用材料的物理性質，如熔化熱、汽化熱、升華熱、分解熱、化合熱和高溫粘度等來設計耐高溫燒蝕材料和冷卻材料，以滿足高溫環境的要求。太陽輻射會引起在外空運行的衛星和航天器表面溫度的交變，壹般通過溫控塗層和隔熱材料來解決。低溫環境的形成來自大自然和低溫推進劑。飛機在平流層以亞音速飛行時，地表溫度會下降到-50[2oc]左右，極圈內各個地區的嚴冬會使機場環境溫度下降到-40[2oc]以下。在這種環境下，要求金屬部件或橡膠輪胎不易碎。液體火箭采用液氧(沸點-183[2oc])和液氫(沸點-253[2oc])作為推進劑，對材料提出了更加苛刻的環境條件。在這種情況下，壹些金屬材料和大多數聚合物材料會變脆。只有開發或選擇合適的材料，如純鋁及鋁合金、鈦合金、低溫鋼、聚四氟乙烯、聚酰亞胺、全氟聚醚等，才能解決超低溫下結構的承載能力和密封問題。
耐老化和耐腐蝕:各種介質和大氣環境對材料的影響是腐蝕和老化。航天材料的接觸介質是飛機燃料(如汽油、煤油)、火箭推進劑(如濃硝酸、四氧化二氮、肼)、各種潤滑劑、液壓油。大多數對金屬和非金屬材料有強烈的腐蝕或膨脹作用。高分子材料在大氣中受太陽照射、受風雨侵蝕、長期存放在地下潮濕環境中產生的黴菌會加速高分子材料的老化過程。耐腐蝕、耐老化、防黴是航天材料應該具備的良好特性。
適應空間環境，空間環境對材料的影響主要表現在高真空(1.33×10[55-1]Pa)和宇宙射線輻照。當金屬材料在高真空下相互接觸時，由於表面在高真空環境下得到凈化，分子擴散過程加快，出現“冷焊”現象；非金屬材料在高真空和宇宙射線照射下會加速揮發和老化。有時這種現象會由於揮發物沈積而汙染光學透鏡，並且密封結構會由於老化而失效。空間材料壹般是通過地面模擬試驗來選擇和研制，以適應空間環境。
壽命和安全為了減輕飛機的結構重量，選擇盡可能小的安全裕度以達到絕對可靠的安全壽命被認為是飛機設計的目標。對於導彈或運載火箭等短時間使用的飛行器，人們努力使材料性能最大化。為了充分利用材料強度，確保安全，金屬材料采用了“損傷容限設計原則”。這就要求材料不僅要有高的比強度，還要有高的斷裂韌性。在模擬使用條件下，測得材料的裂紋萌生壽命和裂紋擴展速率數據，計算出許用裂紋長度和相應的壽命，是設計、生產和使用的重要依據。對於有機非金屬材料，需要進行自然老化和人工加速老化試驗，以確定其壽命的保險期限。復合材料的失效模式、壽命和安全性也是壹個重要的研究課題。