Tàu sân bay, hay hàng không mẫu hạm, là một loại tàu chiến được thiết kế để triển khai và thu hồi lại máy bay – trên thực tế hoạt động như một căn cứ không quân trên biển. Vì vậy, các tàu sân bay cho phép lực lượng hải quân triển khai không lực ở các khoảng cách lớn không phụ thuộc vào các căn cứ ở gần đó để làm căn cứ trên mặt đất cho máy bay. Các lực lượng hải quân hiện đại với những con tàu như vậy coi chúng là trung tâm của hạm đội, vai trò trước đó do thiết giáp hạm đảm nhận. Sự thay đổi này diễn ra do sự phát triển của chiến tranh trên không ngay trước Chiến tranh thế giới thứ hai, khi các loại máy bay ngày càng trở nên nguy hiểm và có tầm bay xa hơn.Các tàu sân bay không có hộ tống được coi là dễ bị các tàu khác, máy bay, tàu ngầm hay phi đạn tấn công và vì thế chúng phải di chuyển trong một đội tàu sân bay. Trong lực lượng hải quân của nhiều nước, đặc biệt là Hải quân Hoa Kỳ, một tàu sân bay được coi là tàu chủ lực. Cùng với tàu ngầm hạt nhân, tàu sân bay được xem là có vai trò trọng yếu trong sức mạnh hải quân của 1 cường quốc.Tàu sân bay có khả năng tấn công rất mạnh và luôn được nhiều tàu khu trục đi theo bảo vệ, nhưng cũng như mọi loại vũ khí khác, tàu sân bay không phải là "bất khả chiến bại", các cường quốc quân sự luôn chuẩn bị sẵn lực lượng và phương án để đánh chìm tàu sân bay đối phương. Điển hình là trong Thế chiến thứ hai, các nước Anh, Mỹ và Nhật đã huy động hàng chục tàu sân bay để tác chiến, trong số đó 40 tàu sân bay đã bị đánh chìm (20 tàu của Nhật, 12 tàu của Mỹ, 8 tàu của Anh), hàng chục tàu khác bị đánh hỏng nặng.Trong cuối thế kỷ XX – đầu thế kỷ XXI, việc bảo vệ/tiêu diệt tàu sân bay được coi là nhiệm vụ quan trọng nhất để đảm bảo giành chiến thắng trong tác chiến hải quân giữa các cường quốc. Trong khi Hoa Kỳ có đội tàu sân bay lớn nhất thế giới thì Liên Xô/Nga lại đáp trả bằng việc chế tạo những vũ khí chuyên biệt rất mạnh (tàu ngầm mang tên lửa và ngư lôi hạng nặng, thủy lôi thông minh, tên lửa chống hạm có tầm bắn siêu xa và vận tốc siêu thanh), chuyên dùng để tiêu diệt tàu sân bay đối phương (xem Những cách tiêu diệt tàu sân bay)Tàu sân bay có ưu thế ở cự ly tấn công xa, máy bay của nó có thể tấn công mục tiêu ở cự ly 700 km. Nhưng đến cuối thế kỷ XX – đầu thế kỷ XXI, do công nghệ phát triển, ngày càng nhiều quốc gia chế tạo được các loại vũ khí mới có tầm bắn còn xa hơn tàu sân bay (tên lửa chống hạm tầm xa, tàu ngầm không người lái), khiến ưu thế của tàu sân bay bị mất dần, trong khi chi phí đóng tàu sân bay thì ngày càng đắt đỏ. Các chuyên gia đánh giá tàu sân bay đang mất dần hiệu quả và sẽ sớm bị thay thế bởi các loại tàu chiến mới, tương tự như số phận của các thiết giáp hạm trong thập niên 1940[1].