Kinh nghiệm chiến đấu đã cho thấy phát minh "mũi tàu chống bão" của Anh là cách sử dụng mũi tàu hữu hiệu nhất, hơn cả súng máy hay một tầng thứ nhì. Loại mũi tàu này đã được sử dụng rộng rãi cho các tàu sân bay Anh và Mỹ. Tàu sân bay Nhật Taiho là tàu đầu tiên của Nhật sử dụng phát minh này.

Bắt đầu muộn trong cuộc chiến với lớp tàu sân bay Midway, các tàu sân bay của Hoa Kỳ đã trở nên to lớn tới mức thực tế việc áp dụng khái niệm thiết kế sàn chứa máy bay (hangar deck) trở thành sàn chắc (strength deck) không còn thích hợp nữa, và mọi tàu sân bay của Hoa Kỳ sau này đều có sàn cất cánh là sàn chắc, khiến đảo trở thành siêu cấu trúc duy nhất.

Những tàu sân bay hạng nhẹ

Sự thiệt hại 3 tàu sân bay hạm đội liên tiếp ở Thái Bình Dương buộc Hải quân Hoa Kỳ phải phát triển tàu sân bay hạng nhẹ (CVL) từ những thân tàu tuần dương hạm hạng nhẹ vốn đã được chế tạo. Chúng được dùng để hỗ trợ thêm các phi đội máy bay chiến đấu cho lực lượng tấn công, và đã chỉ được sử dụng trong Hải quân Hoa Kỳ trong Chiến tranh thế giới thứ hai. Hải quân Hoàng gia Anh cũng đưa ra một thiết kế tương tự cho họ và các nước thuộc Khối thịnh vượng chung Anh sau Chiến tranh thế giới thứ hai. So với tàu sân bay hạm đội, tàu sân bay hạng nhẹ nhỏ hơn và mang được ít máy bay hơn, nhưng bù lại thì nó rẻ hơn và có thể đóng nhanh hơn.

Một trong những chiếc tàu sân bay hạng nhẹ, chiếc INS Viraat của Ấn Độ, ban đầu là HMS Hermes, vẫn được sử dụng cho tới đầu thế kỷ 21.

Những tàu sân bay hộ tống và tàu sân bay kiểu tàu buôn

Để bảo vệ các đoàn tàu trên biển Đại Tây Dương, người Anh đã phát triển một kiểu tàu được gọi là tàu sân bay kiểu tàu buôn, chúng vốn là những tàu buôn được trang bị một sàn phẳng cho khoảng 6 chiếc máy bay. Chúng được vận hành bởi những đoàn thủy thủ dân sự, treo cờ thương mại và mang hàng hóa thông thường tuy nhiên vẫn có hỗ trợ bảo vệ bằng không quân. Bởi vì những tàu đó không có thang máy hay chỗ đỗ cho máy bay, việc bảo dưỡng máy bay bị hạn chế và trong suốt cuộc hành trình, máy bay phải đỗ trên boong.

Chúng được dùng tạm thời cho tới khi tàu sân bay hộ tống chuyên dụng được chế tạo ở Hoa Kỳ (Xếp hạng ở Hoa Kỳ CVE). Tàu sân bay hộ tống chỉ lớn bằng một phần ba kích thước của một tàu sân bay hạm đội, nó mang được khoảng 20-25 máy bay. Hơn một trăm chiếc đã được chế tạo hay được hoán cải từ các tàu buôn.

Các tàu sân bay hộ tống sản xuất tại Hoa Kỳ thường từ hai kiểu thiết kế thân căn bản: một từ tàu buôn, và một từ tàu chở dầu hơi lớn và tốc độ hơi cao. Bên cạnh việc bảo vệ hộ tống, chúng được sử dụng để vận chuyển máy bay qua biển. Tuy nhiên, một số cũng tham gia vào các trận đánh giải phóng Philippines, nổi tiếng là trận chiến ngoài khơi Samar trong đó 6 chiếc tàu sân bay hộ tống và các tàu khu trục đã nhanh chóng tiếp chiến 5 tàu chiến hạng nặng Nhật Bản và buộc chúng phải rút lui.

Tàu buôn có hệ thống phóng

Là một thứ tàu dùng tạm trong lúc khẩn cấp trước khi các tàu sân bay kiểu tàu buôn được đem ra sử dụng, người Anh đã bảo vệ trên không cho các đoàn hộ tống bằng cách sử dụng "Tàu buôn có hệ thống phóng" (CAM ships) và các tàu sân bay kiểu tàu buôn. Các tàu buôn có hệ thống phóng vốn là các tàu buôn được trang bị một máy bay, thường là một chiếc Hawker Hurricane đã qua sử dụng trong chiến đấu, được phóng bằng một máy phóng. Một khi đã được phóng đi, máy bay không thể đỗ trở lại trên bong và phải hạ cánh xuống biển nếu không thể bay tới đất liền. Trong 2 năm, chỉ chưa tới mười vụ phóng kiểu này được thực hiện, tuy thế những chuyến bay đó cũng mang lại một số thành công: hạ 6 máy bay ném bom trong khi chỉ mất một phi công.

Đường băng chéo

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, máy bay phải hạ cánh trên một đường băng song song với trục dài của thân tàu. Máy bay nào đã đỗ trên sàn được cho đỗ ở mũi tàu, chỗ cuối đường băng. Một thanh ngăn va chạm được dựng lên phía sau chúng để ngăn máy bay đang hạ cánh khỏi lao vào khu vực đó bởi vì móc giữ của nó móc trượt vào các dây giảm tốc. Nếu điều này xảy ra, thường gây ra thiệt hại nghiêm trọng, thương vong hay thậm chí, nếu thanh chắn không đủ chắc, còn phá hủy các máy bay đã đỗ.

Một phát triển quan trọng trong thập niên 1940 khi người Anh phát minh ra đường băng chéo, nơi đường băng được đặt chéo vài độ so với trục thân tàu. Nếu một máy bay không móc được cáp giảm tốc, phi công chỉ cần tăng sức động cơ lên tối đa rồi lại cất cánh lại và sẽ không đâm phải các máy bay đã đỗ bởi vì đường băng chéo góc hướng ra ngoài biển.

Những phát triển thời hậu Thế chiến 2

Hệ thống phóng thủy lực hiện đại, được cung cấp sức mạnh thủy lực từ các nồi hơi hay các lò phản ứng, được Trung tá Anh C.C. Mitchell phát minh ra. Nó đã được ứng dụng rộng rãi sau khi được thử nghiệm nhiều lần trên chiếc HMS Perseus từ giữa 1950 và 1952 nó cho thấy sức mạnh lớn hơn và độ tin cậy cao hơn những hệ thống phóng dùng khí nén vốn từng được đưa vào sử dụng từ thập niên 1930.

Một sáng chế khác của người Anh là bộ phận chỉ thị độ dốc trượt (glide-slope indicator) (cũng được gọi là "thịt viên"). Đó là một cái đèn được điều khiển kiểu con quay hồi chuyển (gyroscopically-controlled lamp) ở phía hạ cánh của boong, và được phi công đang sắp hạ cánh quan sát thấy, chỉ thị cho anh ta thấy anh ta đang ở quá cao hay quá thấp so với đường lượn xuống chính xác. Nó cũng tính toán sẵn ảnh hưởng của sóng đối với boong. Thiết bị này đã trở nên cần thiết khi tốc độ hạ cánh của máy bay ngày càng tăng lên.

Hải quân Hoa Kỳ từ sớm đã cố gắng để trở thành một lực lượng hạt nhân chiến lược với kế hoạch chế tạo chiếc USS United States (CVA-58), ký hiệu CVA, với chữ "A" để biểu thị "hạt nhân". Chiếc tàu này mang các máy ném bom cánh quạt đôi, mỗi chiếc có thể mang một quả bom hạt nhân. Dự án này đã bị hủy bỏ dưới sức ép của lực lượng mới được thành lập gần đây là Không lực Hoa Kỳ, và chữ "A" được dùng lại với ý nghĩa "tấn công". Nhưng điều này chỉ làm chậm sự lớn mạnh của các siêu hàng không mẫu hạm. Các vũ khí hạt nhân sẽ được mang ra biển bất chấp sự phản đối của Không quân năm 1955 trên chiếc USS Forrestal, và tới cuối thập niên 1950 Hải quân đã có nhiều máy bay tấn công trang bị vũ khí hạt nhân.

Hải quân Hoa Kỳ mang vũ khí hạt nhân trên biển theo cách khác bằng cách chế tạo các tàu sân bay có trang bị các lò phản ứng hạt nhân. Chiếc USS Enterprise là chiếc tàu sân bay đầu tiên được cung cấp năng lượng theo kiểu này và những chiếc siêu hàng không mẫu hạm này có ưu thế vì kiểu công nghệ đó cho phép chúng hoạt động lâu dài trên biển. Một quốc gia khác duy nhất theo gót Hoa Kỳ là Pháp với chiếc Charles de Gaulle.

Những năm hậu chiến cũng chứng kiến sự phát triển của máy bay trực thăng với nhiều khả năng khác biệt so với máy bay chiến đấu. Trong khi các máy bay có cánh cố định thường có nhiệm vụ chiến đấu không đối không và không đối đất thì các máy bay trực thăng được sử dụng để vận chuyển trang thiết bị và con người và có thể được sử dụng trong vai trò chiến tranh chống tàu ngầm với thiết bị siêu âm thả xuống nước và các tên lửa.

Vào cuối thập niên 1950 đầu thập niên 1960, Anh Quốc đã hoán cải một số tàu sân bay cũ của họ thành các tàu sân bay chở quân biệt kích, và những chiếc máy bay trên biển kiểu HMS Bulwark. Để chiến đấu chống lại những ý nghĩa đắt giá của thuật ngữ "hàng không mẫu hạm", chiếc tàu loại mới lớp Invincible ban đầu được chỉ định "thông qua sàn các tuần dương hạm" và chở các máy bay trực thăng với nhiệm vụ hộ tống. Khi loại máy bay Sea Harrier xuất hiện, chúng đã có thể mang cả máy bay cánh cố định cho dù có đường băng ngắn.

Hiện nay

Hiện tại, chỉ các tàu sân bay dùng năng lượng hạt nhân là có các nồi hơi như một phần trong hệ thống sức mạnh chuyển động của nó, đa phần các tàu sân bay hiện nay được trang bị thiết bị phát hơi chỉ dùng để cung cấp năng lượng cho các máy phóng.

Hệ thống máy phóng có ưu điểm là giúp tăng thêm tải trọng vũ khí cho máy bay khi cất cánh, nhưng nó tạo ra ma sát lớn khi máy bay cất cánh dẫn đến giảm tuổi thọ và cần phải bảo trì thường xuyên. Ngoài ra, máy phóng cần nạp lại năng lượng nên nó làm hạn chế tốc độ phóng máy bay. Ví dụ: tàu sân bay lớp Nimitz của Mỹ có 4 máy phóng hơi nước cũng chỉ có thể cho 3-4 máy bay cất cánh/1 phút.

Do sử dụng máy phóng nên các tàu sân bay Mỹ là những tàu thích hợp với khí hậu ấm, chúng cố gắng hạn chế tối đa việc phải tác chiến ở các vùng biển gần Bắc - Nam cực, chúng cũng tránh sóng lớn vì độ cao trọng tâm của tàu tương đối lớn. Tàu sân bay Mỹ “kỵ” các khu vực có gió lớn vì các máy bay F/A-18 Hornet chỉ có thể cất cánh khi tốc độ gió < 18 m/s và hạ cánh khi tốc độ gió < 10 m/s.

Trong khi đó, tàu sân bay của Liên Xô/Nga thì được thiết kế theo một hướng khác. Chúng được chuyên biệt cho các vùng biển lạnh và có sóng to ở Bắc Cực, do vậy tàu sân bay Nga không có các máy phóng mà sử dụng kiểu "cầu nhảy" (do tàu thường xuyên phải hoạt động ở vùng Bắc Băng Dương có khí hậu lạnh nên hệ thống máy phóng bằng hơi nước không thể hoạt động ở vùng này). Ngoài ra, việc cất cánh bằng cầu nhảy tuy làm hạn chế tải trọng vũ khí cất cánh nhưng sẽ giúp máy bay xuất kích nhanh hơn (không cần chờ máy phóng nạp lại áp suất hơi nước.)