二战期间空军后勤保障的核心在于物资供应、维修体系、运输网络和战略部署的协同运作。各国空军根据自身工业能力和战场需求建立了差异化的后勤模式，其中美军依托强大工业基础形成了全球投送能力，德军受限于资源短缺逐渐陷入被动，而苏军则通过简化流程实现高效保障。后勤体系的优劣直接影响了制空权的争夺，成为决定空战胜负的关键因素之一。
空军后勤的首要任务是确保燃油、弹药和零部件的持续供应。美军通过标准化集装箱和预置仓库实现快速补给，其开发的红球特快运输系统能在欧洲战场日均运送万吨物资。德军初期采用铁路为主、空运为辅的补给方式，但东线战场过长的战线导致效率低下。苏联则通过集中分配制度优先保障一线作战单位，尽管物资种类单一但供应稳定性较高。燃油供应尤为关键，盟军通过控制罗马尼亚油田和合成燃料技术逐步削弱德军持续作战能力。
维修保障体系分为前线抢修和后方大修两个层级。美军建立的三级维修体系包含野战维修站、战区维修基地和本土工厂，配备专用修理车和流动技术小组。德国空军采用飞机医院模式，将严重损伤飞机运回本土集中修理，但运输能力不足导致大量飞机积压。苏联独创的飞行机组责任制要求飞行员参与日常维护，显著提升了战机出勤率。各交战国都面临铝合金等战略材料短缺问题，促使回收再利用技术快速发展。
战略运输能力是后勤保障的地理支撑点。盟军依靠C-47等运输机构建驼峰航线突破封锁，累计向中国战场空运65万吨物资。德国在德米扬斯克战役中组织大规模空运行动，日均投送300吨物资维持包围圈内部队生存。太平洋战场上，美军构建的岛屿基地链形成接力补给网络，而日军因海运线被切断导致驻岛航空兵失去战斗力。气象预报和导航技术的进步显著提升了远程空运的安全性和准确性。
