Ilmailutiede on ilma -alusten luomiseen ja käyttöön liittyvien tieteiden yhteinen nimi. Sana “ilmailu” itsessään tarkoittaa “navigoida ilmassa”. Ilmailutiede on peräisin meritieteestä, merialusten tieteestä, ja se voidaan erottaa avaruusaluksia koskevasta astronautitieteestä. Harvinaisia poikkeuksia lukuun ottamatta ilma -alukset on suunniteltu vain matkustamiseen maapallon ilmakehässä. Vaikka lentokoneet ovat yleisimpiä tällaisia ajoneuvoja, ilmailulaitteisiin voi kuulua myös purjelentokoneita, blimppejä, kuumailmapalloja ja jopa leijoja.
Tutkijat ovat tutkineet ilmailun periaatteita vuosisatojen ajan. Leonardo da Vinci suunnitteli kuuluisasti lentäviä koneita 1500 -luvulla, mutta ilmailutiede oli silloin niin huonosti ymmärretty, jopa da Vinci, että nämä veneet eivät kyenneet lentämään. Vasta 1800 -luvulla brittiläinen tiedemies Sir George Cayley tunnisti painon, vetämisen, nostamisen ja työntövoiman periaatteet; kahden viimeisen on voitettava kaksi ensimmäistä, jotta lentokone saavuttaa korkeuden. Cayley rakensi ja testasi ensimmäiset purjelentokoneet 19-luvun puolivälissä.
Paljon aikaisemmin ilmailun pioneerit kokeilivat kuitenkin ilmaa kevyempiä laitteita saavuttaakseen ihmisen lennon. Nämä tutkijat ymmärsivät, että tietyt kaasut ovat ilmaa kevyempiä, mukaan lukien ilma itse kuumennettaessa, ja luonnollisesti nousevat ilmakehään. Jos kaasua on riittävästi, se voi nostaa esineitä ja jopa ihmisiä.
Ranskan Montgolfier-veljekset Joseph-Michel ja Jacques-Étienne osoittivat tämän kuuluisalla 1783 kuumailmapallolennollaan. Tämä lento edelsi Cayleyn kokeita 70 vuotta ja veljien Orvillen ja Wilbur Wrightin lentokone yli vuosisadan. Seuraavana vuonna Jean-Pierre Blanchard lisäsi ilmapalloon potkurin, joka loi tehokkaasti ensimmäisen ilmalaivan eli blimpin.
Wrightin veljien vuoden 1903 lennon jälkeisellä vuosisadalla ilmailutiede kehittyi nopeasti, kun lentokoneita mukautettiin käytettäväksi sodankäynnissä, kaupassa, kuljetuksessa ja urheilussa. Nämä intensiiviset käytöt vaativat edistystä turvallisuudessa, navigoinnissa, suunnittelussa ja materiaaleissa. Ilmailutieteilijät joutuivat pian ymmärtämään monenlaisia tieteitä, mukaan lukien elektroniikka, aerodynamiikka, metallurgia ja laskenta. Nykyaikana jopa yksinkertaisten lentokoneiden luominen vaatii erikoislaitteita ja henkilöstöä, jolla on edistynyt koulutus.
Ilmailutiede on kaupallisen lentoteollisuuden perusta, joka tuottaa yli 400 miljardia Yhdysvaltain dollaria vuodessa. Sen periaatteet kertoivat myös avaruustutkimuksen kehityksestä; näitä kahta tiedettä tunnetaan yhdessä ilmailu- ja avaruustekniikkana. Ilmailun edistysaskeleita käytetään usein jokapäiväisessä elämässä, mukaan lukien sellaiset arkiset esineet, kuten mehulaatikot ja tarranauhakengänkiinnikkeet. Ilmailu vaikuttaa siten suurelta osin ihmiselämään nykyaikaisista mukavuuksista maan tutkimiseen ja sen ulkopuolelle.