Chiến tranh thế giới thứ nhất lần đầu tiên trong lịch sử thế giới là một cuộc chiến tranh hiện đại, tổng lực, toàn diện và có sử dụng vũ khí hủy diệt hàng loạt, là cuộc chiến tranh với đầy đủ chiến tranh trên bộ, trên không và trên biển. Các nhà nghiên cứu quân sự đánh giá cuộc chiến trên bộ của chiến tranh này là chiến tranh với công nghệ của thế kỷ XX và với tư duy chiến thuật của thế kỷ XIX với phương thức tiến hành chiến tranh lạc hậu đánh nhau thương vong cực kỳ to lớn mà hiệu quả chiến đấu rất thấp. Ngược lại chiến tranh trên biển và trên không mang tính chất rất cách mạng với hình thức chiến tranh khác rất xa với các cuộc chiến tranh trước đây, và sau này được Chiến tranh thế giới thứ hai phát triển lên mức cao hơn.

Chiến tranh trên bộ

Nhìn một cách tổng thể chiến tranh trên bộ của thế chiến thứ nhất là cuộc chiến tranh chiến hào với các tư duy phòng thủ trận địa với chiến thuật tấn công lạc hậu. Với hình thức phòng thủ trong chiến hào có chiều sâu với hệ thống dây thép gai, bãi mìn và các hỏa điểm súng máy cố thủ, phía sau có pháo binh yểm trợ, thì chiến tranh có "sự mất cân đối" rất lớn giữa "tấn công" và "phòng ngự". Quân phòng ngự có thể dễ dàng bẻ gãy các cuộc tấn công của đối phương: các súng máy trong công sự, lô cốt, pháo binh và bãi mìn dây thép gai, gây chết chóc rất lớn cho các cuộc tấn công của kỵ binh và chiến thuật biển người của bộ binh đối phương, và nếu mất tuyến phòng ngự thì cũng có đủ thời gian để có thể nhanh chóng kéo quân dự bị tới lập tuyến mới phía sau. Ngược lại, quân tấn công thường phải chịu hy sinh rất lớn mới có thể đánh chiếm được các tuyến phòng thủ của địch và cũng không có phương tiện và phương cách để phát triển tấn công. Trong năm 1915, quân Đức đã chọc thủng phòng tuyến Nga và tấn công thắng lợi nhưng đó là do sự kém cỏi về xã hội, kinh tế và sự thiếu thốn trang bị của Nga so với Đức. Với các quân đội có trình độ phát triển tương đương như Anh, Pháp, Đức thì sự mất cân đối tấn công – phòng thủ này dẫn đến tình trạng chiến tranh chiến hào lâu dài ổn định không ai dứt điểm nổi ai mà chỉ ép dần đối phương từng tí một (một cuộc tấn công tiến lên được 10 – 20 km đã được coi là thắng lợi). Kết quả chiến tranh phụ thuộc vào sức chịu đựng dẻo dai của các bên đối với sức nặng lâu dài của chiến tranh.

Cũng trong chiến tranh này đã xuất hiện các hình thức chiến thuật để đánh chiếm chiến tuyến địch và phát triển tấn công trên cơ sở vũ khí hiện có và thể hiện sáng chói nhất là chiến thắng vang dội của phương diện quân Tây Nam của Nga dưới sự chỉ huy của tướng Aleksey Alekseyevich Brusilov tại Galicia tháng 6 năm 1916 chống quân Áo – Hung: với một quân đội Nga yếu kém, lạc hậu, mất tinh thần sau trận thảm bại năm 1915, nhưng với sự chuẩn bị kỹ lưỡng, quân Nga đã chọc thủng chiến tuyến Áo – Hung và tấn công ồ ạt trên diện rộng đánh bại quân đội Áo – Hung. Tuy nhiên sau khi rút kinh nghiệm, quân phòng thủ cũng đã khắc chế được các chiến thuật mới này và hình thức chiến tranh chiến hào vẫn là chủ đạo và bất biến.

Chỉ đến khi xe tăng xuất hiện vào cuối năm 1916 và phát triển thì hình thức chiến tranh chiến hào này mới bắt đầu lỏng lẻo, nhưng sự hạn chế về tính năng của những cỗ xe tăng trong thời kỳ này khiến nó vẫn chưa đủ sức bẻ gãy hệ thống chiến hào. Phải đến Chiến tranh thế giới thứ hai, hệ thống chiến hào mới tỏ rõ sự bất lực trước sức tấn công cơ động của xe thiết giáp, và cuộc chiến tranh chiến hào cuối cùng trên thế giới là cuộc Chiến tranh Triều Tiên.

Chiến tranh trên biển, trên không

Chiến tranh trên biển của thế chiến thứ nhất diễn ra rất quyết liệt và được gọi là trận chiến Đại Tây Dương lần thứ nhất nó mang tính chất hoàn toàn mới so với các cuộc chiến tranh trên biển trước đây: Cuộc chiến này báo hiệu chấm dứt thời đại các trận hải chiến lớn của các armada cổ điển (hạm đội mặt nước). Việc bao vây kinh tế đánh phá giao thông trên biển được thực hiện một cách hiệu quả hơn bằng phương tiện chiến tranh rất mới là tàu ngầm. Và trong cuộc chiến này tuy lực lượng Hải quân Đức còn thua xa Hải quân Hoàng gia Anh nhưng lực lượng tàu ngầm Đức khi đó với kỹ thuật hiện đại đã làm rất tốt công việc đánh phá vận tải biển của Anh, đã có lúc làm phát sinh nạn đói ở nước này.

Thời gian đầu chiến tranh các tàu vận tải của Anh đi tự do không có bảo vệ nên bị tàu ngầm Đức đánh đắm rất nhiều dưới hình thức "săn mồi tự do". Để hạn chế thiệt hại do tàu ngầm, Anh đã áp dụng biện pháp "convoy" (đoàn hộ tống): các tàu vận tải đi theo đoàn lớn dưới sự bảo vệ bên ngoài của tàu chiến. Biện pháp này ban đầu rất hiệu quả vì khi đó tàu ngầm còn rất thô sơ mang được ít ngư lôi và ngư lôi chất lượng không cao hay bắn trượt, nên tàu ngầm thường chỉ bắn ngư lôi vào tàu chiến đối phương, còn để tiêu diệt tàu vận tải thì bằng cách nổi lên dùng pháo bắn. Với sự bảo vệ của đoàn tàu chiến trong convoy thì việc này không thực hiện được nữa. Sau đó tàu ngầm Đức đổi chiến thuật: các tàu ngầm đi thành bầy lớn khi phát hiện đoàn convoy thì thay vì tấn công chúng bám theo chờ trời tối thì nổi lên bơi lẫn vào đoàn convoy và lần lượt hạ thủ các tàu vận tải, chiến thuật này về sau vẫn áp dụng cho cả Thế chiến II... Việc đánh vận tải và đảm bảo vận tải diễn ra quyết liệt và rất năng động từ hai phía. Để tăng cường sức ép lên nước Anh, Đức đã hai lần tuyên bố chiến tranh tàu ngầm không hạn chế không chấp nhận trung lập của bất kỳ tàu của quốc gia nào, tàu ngầm Đức bắn cả vào tàu Mỹ chở hàng cho Anh là nguyên nhân để Hoa Kỳ tham gia chiến tranh chống Đức.

Trong Thế chiến I lần đầu tiên xuất hiện một loại binh chủng mới là không quân tác chiến trên trời. Vì là loại hình mới trang bị còn rất thô sơ nên chiến tranh trên không chưa có ý nghĩa lớn và chưa thể gây được tác động lớn đến kết quả chiến tranh. Tuy nhiên nó cũng đã có các hình thức chiến đấu mà ngay sau chiến tranh được các bên tích cực phát triển đó là không chiến của các máy bay cánh cố định đánh nhau; tấn công mặt đất của máy bay đối với lực lượng mặt đất; ném bom tầm xa với các zapperlin, trinh sát bởi máy bay hoặc khinh khí cầu.

Các vũ khí mới

Chiến tranh thế giới thứ nhất đã cho thấy các thứ vũ khí mới với hiệu quả huỷ diệt rất mạnh.

• Vũ khí hoá học là đặc sản của Thế chiến I: lần đầu tiên loài người sử dụng vũ khí hoá học nhân tạo một cách ồ ạt và quy mô lớn với các dạng hoá chất độc khác nhau từ loại ít nguy hiểm nhất là hơi cay hay chất làm chảy nước mắt đến loại khí nguy hiểm hơn nhưng không chết người chỉ loại khỏi vòng chiến như hơi mù tạc, Yprit (gây lở loét da và lấy tên theo địa điểm diễn ra trận tấn công hoá học là Ypres) và cao hơn nữa là hơi ngạt clo và các chất gây tử vong khác như phosgene. Để chống lại vũ khí hoá học các bên đã sử dụng phương tiện rất hiệu quả là mặt nạ phòng độc. Vào cuối kỳ chiến tranh việc sử dụng vũ khí hoá học giảm hẳn vì các bên sợ leo thang rất nguy hiểm của loại vũ khí này và việc dùng chúng nhiều khi phản tác dụng (gió đổi chiều thì tự hại quân mình) vì thời kỳ đó việc phát tán tác nhân hoá học còn thô sơ chủ yếu dựa vào gió.
• Súng máy liên thanh: là loại vũ khí tuy ra đời từ trước thế chiến nhưng trong thế chiến đã thể hiện rõ uy lực của mình và làm thay đổi chiến thuật chiến đấu. Do trình độ kỹ thuật khi đó còn chưa hoàn thiện nên súng máy bắn nhanh có kích thước khá to và nặng nên nó không phải là vũ khí cá nhân mà bố trí cố định để phòng thủ. Súng máy liên thanh có thể bắn hàng trăm phát mỗi phút trong khi đó quân bộ binh tấn công vẫn dùng súng trường lên quy lát bắn phát một, đó cũng là một nguyên nhân gây nên sự mất cân đối tấn công - phòng thủ. Súng máy đặt trong công sự dễ dàng vô hiệu hoá các cuộc tấn công bằng bộ binh "làn sóng người" và các cuộc tấn công của kỵ binh. Chính với sự phát triển của súng máy mà kỵ binh hết thời và ngày càng suy giảm.

• Đạn pháo phá mảnh: Để chống lại làn sóng bộ binh tấn công các bên áp dụng đạn pháo phá mảnh để tăng tính sát thương, chính số lượng chết trận nhiều nhất của quân sĩ là do pháo binh với đạn pháo phá mảnh. Với sự áp dụng của pháo binh bắn nhanh, đạn pháo phá mảnh uy lực huỷ diệt lớn cộng với hoả lực súng máy đã làm chấm dứt chiến thuật đội hình ô vuông và làm phát sinh đội hình tản mác của bộ binh và kéo theo các thay đổi khác của tác chiến trên bộ.
• Máy bay: đây là cuộc chiến tranh có sự tham gia đông đảo đầu tiên của máy bay, do máy bay đang ở giai đoạn đầu phát triển còn rất thô sơ, bay chậm và thấp, mang được ít vũ khí, nhưng nó đã thể hiện khả năng chiến đấu rất hiệu quả và sau này được các bên nhận thấy các tiềm năng phát triển rất lớn. Trong đại chiến máy bay làm các nhiệm vụ không chiến (đánh nhau với máy bay địch), tấn công mặt đất, trinh sát, liên lạc.

• Tàu ngầm: đây là vũ khí có hiệu quả nhất của Thế chiến I. Với tàu ngầm thì một hạm đội yếu có thể chống lại một hạm đội mạnh một cách hiệu quả. Một sự đầu tư nhỏ hơn (vào tàu ngầm) mang lại hiệu quả lớn hơn nhiều khi xây dựng các hạm tàu mặt nước lớn. Điều đó giải thích tại sao Hải quân Đức dồn sức xây dựng lực lượng tàu ngầm U-boat của mình trong cả Thế chiến I và Thế chiến II. Thời gian này tàu ngầm còn rất thô sơ hoạt động nổi là chủ yếu, chỉ lặn xuống khi gặp tàu chiến đối phương và vũ khí ngư lôi mang theo cũng không nhiều, độ chính xác kém, thường tàu ngầm chỉ dùng ngư lôi để bắn tàu chiến đối phương khi đang lặn, còn đối với tàu vận tải thì nó nổi lên dùng pháo để bắn chìm. Với sự nguy hiểm của tàu ngầm đã diễn ra cuộc đấu tranh quyết liệt giữa phá giao thông và bảo vệ giao thông trên biển cũng như giữa tàu ngầm và tàu săn ngầm với các thiết bị thuỷ âm phát hiện tàu ngầm. Trong thế chiến này lực lượng tàu ngầm của Đức đã đánh chìm một lượng lớn tải trọng tàu vận tải của Anh và làm kinh tế Anh lao đao, nhưng đồng thời nó cũng bị thiệt hại rất nặng nề.

• Xe tăng: đây là vũ khí ra đời trong thế chiến để khắc phục sự mất cân đối giữa tấn công và phòng ngự tuy xe tăng còn rất thô sơ thiếu độ tin cậy nhưng đã chứng minh được tiềm năng phát triển của mình và các bên đua nhau chế tạo xe tăng. Từ trận đầu tham chiến vào tháng 9 năm 1916 tại trận Sông Somme đến năm 1917 phía Entente có trận Cambrai đã huy động hơn 400 xe tăng để tấn công. Tuy nhiên xe tăng trong thế chiến I vì các tính năng còn yếu kém của mình mới chỉ được sử dụng như phương tiện yểm trợ bộ binh để đánh chiến tuyến của địch, chỉ đến Chiến tranh thế giới thứ hai xe tăng mới phát huy hết tính năng tấn công cơ động thọc sâu của nó.