Sự nổi lên của không quân trong Chiến tranh Thế giới thứ hai đã làm thay đổi đột ngột bản chất của chiến tranh hải quân. Ngay cả chiếc tàu tuần dương nhanh nhất cũng không thể bẻ lái đủ nhanh để lẩn tránh không kích, và máy bay giờ đây được trang bị ngư lôi, cho phép có khả năng tấn công ở tầm trung. Thay đổi này đã dẫn đến việc kết thúc các hoạt động độc lập của một tàu chiến duy nhất hay các đội đặc nhiệm rất nhỏ, và vào nữa sau của thế kỷ 20 các chiến dịch hải quân thường được tiến hành với lực lượng hạm đội rất lớn, chống chọi được những cuộc không kích quy mô lớn.

Điều này đã khiến cho hầu hết hải quân các nước thay đổi cấu trúc hạm đội gồm những con tàu dành cho một chức năng, tiêu biểu là chống tàu ngầm hay phòng không, và những tàu chiến lớn "tổng quát" đã biến mất khỏi đa số các hạm đội. Tàu tuần dương hiện tại chỉ còn được Hải quân Hoa Kỳ, Hải quân Nga và Hải quân Peru cho hoạt động. Pháp đã sử dụng chiếc tàu tuần dương Jeanne d'Arc (R97) cho đến tháng 5 năm 2010, vốn được xếp loại trong hệ thống số hiệu lườn của NATO như một tàu sân bay, nhưng chỉ dành cho mục đích huấn luyện.

Trong Hải quân Liên Xô, tàu tuần dương tạo nên căn bản cho các nhóm tác chiến. Vào những năm ngay sau chiến tranh họ chế tạo một hạm đội gồm những tàu mang súng lớn, nhưng đã thay thế khá nhanh chóng bằng những chiếc rất lớn mang một số lượng khổng lồ tên lửa điều khiển và tên lửa phòng không. Những chiếc mới nhất kiểu này, bốn chiếc lớp Kirov, được chế tạo trong những năm 1970 và 1980; hiện nay hai chiếc đang trải qua việc tái trang bị kéo dài cho đến năm 2020, và chiếc Admiral Nakhimov cũng đang được tái trang bị cho đến năm 2012, nên chỉ còn Pyotr Velikiy đang hoạt động thường trực.

Hiện tại, những tàu tuần dương tên lửa hạng nặng lớp Kirov được sử dụng vào những mục đích chỉ huy; điều này có thể nhận thấy qua một loạt các thiết bị điện tử trang bị dành cho việc chỉ huy và điều khiển. Mặc dù không được thiết kế để hoạt động độc lập, chúng được trang bị vũ khí rất mạnh với cả tên lửa tấn công và phòng thủ. Một ví dụ về khả năng của chúng có thể thấy trong một loạt tên lửa trang bị cho nhiệm vụ phòng thủ điểm, từ 44 tên lửa OSA-MA cho đến 196 tên lửa 9K311 Tor. Đối với những mục tiêu ngoài đường chân trời của radar, có thể sử dụng 3 máy bay trực thăng mang theo. Hải quân Nga cũng đang cho hoạt động một chiếc tàu tuần dương lớp Kara và bốn chiếc lớp Slava, cùng một tàu sân bay lớp Kuznetsov nhưng được xếp lớp chính thức như một tàu tuần dương-sân bay.

Hải quân Hoa Kỳ đã tập trung phát triển tàu sân bay kể từ Thế Chiến II. Lớp tàu tuần dương Ticonderoga, được chế tạo trong những năm 1980, thoạt tiên được thiết kế và đặt tên như là một lớp tàu khu trục, với dự định sẽ cung cấp một hỏa lực phòng không rất mạnh mẽ cho những hạm đội có tàu sân bay làm hạt nhân nòng cốt. Những chiếc tàu này sau đó được xếp lại lớp như những tàu tuần dương do những lý do quan hệ công chúng, nhằm mục đích nhấn mạnh đến khả năng của hệ thống tác chiến Aegis mà chúng được thiết kế. Kể từ khi chiếc USS Ticonderoga được hạ thủy vào năm 1981, lớp này đã trải qua một số đợt nâng cấp, đã cải thiện nhanh chóng những khả năng chống tàu ngầm, và khả năng tấn công đất liền nhờ những tên lửa Tomahawk. Giống như những đồng sự Xô Viết, những chiếc Ticonderoga hiện đại cũng có thể sử dụng làm nòng cốt cho trọn một nhóm tác chiến. Sự xếp lớp của chúng hầu như chắc chắn xứng đáng khi được chế tạo lần đầu tiên, vì các cảm biến và các hệ thống quản lý chiến đấu được trang bị cho phép chúng hoạt động như những soái hạm cho một hải đội hạm tàu nổi nếu như không có mặt tàu sân bay, nhưng những chiếc mới hơn được xếp loại là tàu khu trục và cũng được trang bị hệ thống tên lửa phòng không AEGIS cho phép chúng tiếp cận đến những khả năng tương đương, và một lần nữa làm xóa nhòa ranh giới của hai lớp tàu này.

Tàu tuần dương sân bay

Vào từng thời điểm khác nhau, hải quân một số nước đã từng thử nghiệm với tàu tuần dương có khả năng mang máy bay; một ví dụ là chiếc HMS Gotland của Thụy Điển. Một phiên bản khác là tàu tuần dương trực thăng; mà ví dụ cuối cùng từng hoạt động là lớp tàu sân bay Kiev của Hải quân Xô Viết, khi chiếc cuối cùng của lớp này được cải biến thành một tàu sân bay hạng nhẹ thông thường và được bán cho Ấn Độ. Tàu sân bay Kuznetsov của Hải quân Nga được xếp lớp chính thức như một tàu tuần dương-sân bay nhưng ở mọi phương diện đều giống như một tàu sân bay thông thường cỡ trung, cho dù có một dàn tên lửa đất-đối-đất. Hải quân Hoàng gia Anh cũng sở hữu những chiếc lớp Invincible, nguyên được xếp lớp là những "tàu tuần dương có sàn suốt", nhưng sau này được đổi lại như những tàu sân bay hạng nhẹ.