Yhdysvaltain ilmavoimien tehtävänä on ”lentää, taistella ja voittaa ilmassa, avaruudessa ja kyberavaruudessa”. Sen hallituksen tehtävänä on Yhdysvaltain hallitus tukea kansallista politiikkaa ja suojella maata. He eivät ainoastaan puolusta Yhdysvaltojen rauhaa ja turvallisuutta, vaan myös suorittavat etsintä- ja pelastustehtäviä, ohjaavat Yhdysvaltoihin kuuluvaa ilmatilaa ja suorittavat ilmakuljetusoperaatioita sekä sotaan että humanitaarisiin tarkoituksiin. Ilmavoimat ovat myös avaruustutkimuksen johtajia, ja niiden tehtävänä on suojella Yhdysvaltojen etuja ulkoavaruudessa.
Ilmavoimien ensisijainen tavoite on puolustaa Yhdysvaltoja ilmahyökkäyksiltä ja tehdä ilmahyökkäyksiä kansakuntaa uhkaavia vastaan. Sotilaallinen haara tekee tämän kouluttamalla lentäjiä ja naisia uusimmasta ilmatekniikasta, mukaan lukien kauko-ohjattavat lentokoneet ja varkailevat lentokoneet. Vaikka se oli alun perin osa Yhdysvaltain armeijaa, se on nyt oma sotilashaara ja tukee armeijaa, merijalkaväkeä, merivoimia ja kaikkia muita sotilaallisia aloja ja operaatioita.
Ilmavoimat vastaavat myös useista etsintä- ja pelastusoperaatioista sekä armeijalle että siviileille. Tämä operaation osa perustuu ilmavoimien pelastuskoordinointikeskukseen (AFRCC). Sotilaallisten sivuliikkeiden etsintä- ja pelastusoperaatioiden hoidon lisäksi jäsenet ovat myös etsineet John F.Kennedy Jr. ja Steve Fossettin kadonneita ruumiita muiden siviilien joukosta.
Sekä rauhan että sodan aikana Yhdysvaltain ilmavoimat suorittavat myös ilmakuljetusoperaatioita. Tähän sisältyy elintarvikkeiden tai ihmisten kuljettaminen paikkoihin tai sieltä, missä lentokoneet ovat ainoa vaihtoehto. Haaratoimi hoitaa suurimman osan Yhdysvaltojen humanitaarisista operaatioista kuljettamalla tarvittavia tarvikkeita maihin, joissa joko katastrofi on iskenyt tai nykyinen poliittinen ilmapiiri estää kansalaisia saamasta ruokaa. Yksi ilmavoimien merkittävimmistä operaatioista on Berlin Airlift; Toisen maailmansodan aikana yhdessä Ison -Britannian ilmavoimien kanssa elintarvikkeita ja lämmitystarvikkeita kuljetettiin Berliinin kaupungin asukkaille sen jälkeen, kun Saksan hallitus oli estänyt kansalaisia saamasta näitä tarvikkeita.
Vaikka sivuliikkeen tehtävänä on monia hyökkääviä tavoitteita, sillä on myös puolustava tarkoitus. Se on vastuussa Yhdysvaltojen ilmatilan turvallisuuden ylläpitämisestä ja sen varmistamisesta, ettei tuntematon yksikkö mene sinne. Jokaisella maalla on maansa yläpuolella määrätty määrä tilaa, jota se hallitsee, ja muiden maiden pääsy edellyttää hyväksyntää. Yhdysvaltain ilmavoimat vastaavat tämän osan Yhdysvaltojen alueesta suojelemisesta.
Edellä mainitun lisäksi ilmavoimat ovat myös yksi johtajista avaruustutkimuksessa ja Yhdysvaltojen avaruuden etujen suojaamisessa. Tähän voi kuulua satelliittien suojaaminen, lentomiesten kouluttaminen kansallisen ilmailu- ja avaruushallinnon (NASA) palvelukseen ja mahdollisten ulkoisten uhkien seuranta. Vaikka ilmavoimat ovat pieniä verrattuna muihin Yhdysvaltain armeijan haaroihin, niiden tehtävä on laaja ja välttämätön maan ja sen kansalaisten turvallisuuden kannalta.