לאחר הצלחת הניסוי של האחים מונגולפייה החלו לצוץ בשמיים כדורים פורחים מאוישים. הכדורים הפורחים הלכו והתפתחו ואף שינו את שמם לספינות אוויר. ספינות האוויר שפיתוחן הואץ במחצית השנייה של המאה ה-19 היו בעצם כדורים פורחים הניתנים לשליטה. בשנת 1884, בלב המרוץ לבניית המטוס הראשון, הוצגה בצרפת ה-La France, ספינת האוויר הראשונה הנתונה לשליטתו המוחלטת של הטייס. בשנים שלפני מלחמת העולם הראשונה הופיעו בשמיים הצפלינים – ספינות אוויר חדישות אותן בנה הגראף צפלין לפי התוכניות אותן קנה מאלמנתו של דויד שוורץ.
נדמה היה כי ספינות האוויר יהפכו עתה לשליטות הבלעדיות של השמיים וייתכן שזה מה שהיה קורה אלמלא עובדה אחת שהייתה בעוכריהן: המימן בו מולא הבלון של ספינות האוויר היה דליק ביותר וכל ניצוץ היה עלול לשרוף את הספינה כולה. עובדה זאת הייתה הגורם למספר תאונות מצערות של ספינות אוויר שהמפורסמת מכולן הייתה התאונה של ספינת האוויר הינדנבורג בשנת 1937 שהביאה לסופה את עידן ספינות האוויר. כיום אמנם עדיין ניתן לראות ספינות אוויר בודדות בשמיים, אך ללא ספק שבהיקפים מינוריים הרבה יותר מההיקף לו ציפו מתכנניהן.
הסיבה העיקרית להיכחדותן הכמעט מוחלטת של ספינות האוויר היא כנראה הופעתה של אופציית טיסה עדיפה בשמיים – המטוס. דאונים היו קיימים כאמור כבר בימי הביניים, אך מנוע שניתן יהיה לחבר לדאונים הללו ודרך לשליטה מוחלטת בהם לא הייתה בנמצא. בשנת 1799 הגדיר חלוץ התעופה הבריטי ג'ורג 'קיילי את תפיסת המטוס המודרני כמכונת תעופה עם מערכות נפרדות להתרוממות, הנעה ושליטה. קיילי בנה והטיס מטוסים כבר בשנת 1803, והוא בנה דאון נושא נוסעים מוצלח בשנת 1853. לאורך הקריירה הפעילה שלו תכנן קיילי מגוון דאונים, מטוסים כולל מסוקים וספינות אוויר. טייסים אחרים שביצעו טיסות דומות באותה תקופה היו ג'ון ג'יי מונטגומרי, אוטו ליליינטל, פרסי פילצ'ר ואחרים.
התקדמות נוספת נרשמה בשנת 1856 כאשר ז'אן מארי לה-ברי ביצע טיסה ולראשונה הצליח לעלות גבוה יותר מהנקודה ממנה המריא לאחר שדאונו נגרר לאורך חוף הים על ידי סוס.
המרוץ לבניית המטוס נכנס לישורת האחרונה בשנות ה-80 של המאה ה-19. בשנת 1894 בנה היירם מקסים כלי טיס במשקל 3.5 טון, עם מוטת כנפיים באורך 34 מטר שהונע על ידי שני מנועי קיטור בני 360 כ"ס שהניעו שני מדחפים. הגם שבנסויים הוכח כי ניתן להשיג די עילוי להמראה, כלי הטיס לא היה ניתן לשליטה והעבודה עליו ננטשה. חלוצי תעופה כאוטו ליליינטל ופרסי פילשר עמלו על שיפור הדאונים והפיכתם לכלים ממונעים. אוטו ליליינטל הגרמני הצליח בתחילת העשור האחרון של המאה ה-19 לטוס בקביעות למרחקים העולים על 25 מטרים בעזרת הדאונים אותם בנה במו ידיו. עד שנת 1896 הוא כבר היה לחלוץ התעופה המוכר בעולם וביצע יותר מ-2,500 טיסות בשלל דאוניו. למרות ניסיונו וידיעותיו הרבים בתחום הטיס, ניסיונו לבנות מכונה מעופפת ממונעת הנתונה לשליטתו העלה חרס פעם אחר פעם.
בעזרת מסקנות מחקריו של לואי מוילארד בנה קלמט אדר את האביון (מכונת הטיס) הראשון שלו בשנת 1886, וקרא לו "האול" (Éole), כלי הטיס עוצב בדמוי עטלף, והונע על ידי מנוע קיטור קל, משקל המנוע לא עלה על 7 פאונד לכל כוח סוס וניתן היה לנהוג בו באמצעות מדחף בעל 4 להבים.
פרסי פילשר בנה ארבעה דגמי דאונים בשנת 1899 ונדמה היה כי הצליח להגיע רחוק יותר מכל אחד אחר. הוא הצליח לבנות אב טיפוס של כלי טיס ממונע שעל פי מחקריו היה עתיד להמריא. אך פילשר לא זכה להטיס את הכלי שבנה. הוא נהרג בתאונת גלישה ותוכניותיו נשכחו.
פילשר לא היה היחיד שהחלום לטוס עלה לו בחייו. הוא, כמו גם אוטו ליליינטל נהרגו בתאונות טיסה עם דאוניהם. לאור תאונות טרגיות אלה עמלו מהנדסים רבים על בניית דאון ממונע לא מאויש, וסמואל לנגלי שהיה אחד הממציאים האמריקאיים המפורסמים של אותה התקופה, הטיס מספר דאונים כאלה מנהר הפוטומק בשנת 1903 אך הם התרסקו בזה אחר זה. אין פלא אפוא, שכאשר בשלהי שנת 1903 הודיעו שני בוני אופניים עלומי שם מאוהיו כי עלה בידם לבצע טיסה ממונעת דברם התקבלו תחילה בביטול ואף בגיחוך.
1903-1945.
וילבור ואורוויל רייט, שני בוני אופניים מאוהיו, ארצות הברית, עסקו החל משנות ה-90 של המאה ה-19 בניסיונות לבנות מכונה מעופפת. בשנים 1900–1902 הם ייצרו בסדנת האופניים שלהם סדרה של דאונים אשר במהלך בנייתם ערכו מדידות אווירודינמיות מדויקות להפליא. הם בנו לשם כך את מנהרת הרוח הראשונה אי-פעם שבעזרתה שיכללו את דאוניהם. בסוף שנת 1903 הם כבר היו מסוגלים להוסיף לדאונם מנוע בוכנה קל משקל אותו פיתחו בעצמם. ב-17 בדצמבר 1903 התקבצו ארבעה מבוגרים וילד לחזות בניסיון הטסת ה"מעופף של רייט". וילבור נבחר להטיס ראשון אך לא הצליח להמריא. לאחריו היה זה תורו של אורוויל רייט שהצליח להטיס את "המעופף" למרחק של 37 מטרים בטיסה שארכה 12 שניות. האדם הצליח לטוס. בשנת 1903 הכירה הפדרציה הבינלאומית לאווירונאוטיקה בטיסת ה-"Flyer I" של האחים רייט כ"הטיסה המתמשכת והמבוקרת הראשונה בכלי טיס כבד מהאוויר".
לאחר הטיסה הראשונה החלה התעופה לשבור שיא אחר שיא. בשנת 1906, הממציא הברזילאי אלברטו סנטוס דומונט תכנן, בנה והטייס את ה-14-bis, מטוס שקבע את שיא העולם הראשון בטיסה למרחק 220 מטר בפחות מ 22 שניות. ב-8 ביולי 1908 הייתה תרזה פלטייר האיטלקייה האישה הראשונה שטסה במטוס כנוסעת. ב-25 ביולי 1909 חצה לואי בלריו במטוסו את תעלת למאנש והיה הראשון שהטיס מטוס מעל מקווה מים גדול. ב-1910 פיתח הנרי פאבר את המטוס הימי. בשנת 1910 הוצג והוטס הקואנדה 1910 שהיה מטוס הסילון הראשון.
ב-1909 הוקם הכוח האווירי הראשון, שירות האוויר של צבא צרפת. במלחמת איטליה-טורקיה ב-1911 נרשמה התקיפה האווירית הראשונה כאשר מטוס איטלקי הטיל רימוני יד על עמדות הטורקים. במלחמת הבלקן הראשונה משימות הפצצה רבות בוצעו נגד מעוזים טורקים, ביניהם גם ההפצצה הלילית הראשונה בהיסטוריה. מאוחר יותר מדינות הבלקן שיתפו בניסיון זה גם את הצבא הגרמני הקיסרי.
מלחמת העולם הראשונה.
המטוס העניק לאדם גובה ומהירות, שני יתרונות בולטים בקרב. אין פלא אפוא שכאשר נראה היה כי מלחמה עומדת בפתח, מדינות אירופה עסקו בבניית חילות אוויר ובהכשרת טייסים. קרב האוויר הראשון התרחש ב-1913 מעל מדבר סהרה בין מטוסים של איטליה ושל האימפריה העות'מאנית. פחות משנה אחריו אדמת אירופה כבר בערה עקב פרוץ מלחמת העולם הראשונה.
במלחמה פותחו מטוסי הקרב הראשונים בדמות מטוס דו כנפי אשר נוספה לו מכונת ירייה. לעיתים הטייס שם מתחת למושבו לוחות פלדה על מנת להגן על עצמו מפני אש מהקרקע. ההפלה הראשונה הידועה התרחשה ב-1915 כאשר לויטננט קורט ווינטג'נס משירות האוויר הגרמני השתמש במכונת ירייה מסונכרנת. המטוס המפורסם ביותר של המלחמה היה מטוס הסופווית קאמל של בעלות הברית אשר לו נזקפו רוב הפלות המטוסים במלחמה. אך היה זה דווקא טייס גרמני אשר שמו הוא המוכר ביותר מבין שמות הטייסים. מנפרד פון ריכטהופן אשר היה ידוע יותר בכינויו הברון האדום הפיל 80 מטוסים בקרבות אוויר לרוב עם הפוקר DR.I שהופל בעצמו ונהרג בידי טייס עלום שם בשלהי המלחמה בשנת 1918. מהצד השני היה זה רנה פול פונק הצרפתי אשר נזקפו לו הפלות של 75 מטוסי אויב.
שנות ה-20 וה-30.
"תור הזהב של התעופה" התרחש בין שתי מלחמות העולם. בעקבות מלחמת העולם הראשונה המשיכה טכנולוגיית המטוסים להתפתח. בתקופה זו חוותה התעופה את ההתפתחות הרבה ביותר ופריצות דרך חלוציות.
טייסי הקרב של המלחמה פרשו והחלו להעלות מופעים בהם הטיסו מטוסי שעשועים. בעקבות הפופולרית של מופעים אלה הכריזו העיתונים הגדולים על פרסים לאלה אשר ישלימו אתגרי תעופה שונים. האתגר הגדול ביותר מבין אלה היה לחצות את האוקיינוס האטלנטי ללא חניית ביניים. אלוקוק ובראון חצו את האוקיינוס האטלנטי לראשונה בשנת 1919. צ'ארלס לינדברג בנה לצורך כך מטוס פשוט אשר אפילו מכשירי הקשר הוצאו ממנו על מנת להקל במשקל ולפנות מקום רב יותר לדלק. המטוס, שכונה "ספיריט אוף סנט לואיס", המריא מניו יורק ב-20 במאי 1927 וכעבור 33 וחצי שעות של אי ודאות נחת המטוס בלה בורז'ה שליד פריז. לינדברג זכה ב-25,000 דולר והאנושות זכתה לראות כי כבר לא נשאר מרחק אותו לא מסוגל המטוס לגמוא.
בשנים אלה השתנתה צורת המטוס לבלי הכר. נכנסו לשימוש המנוע הרדיאלי מקורר האוויר לצד מנועי V-12 חזקים המקוררים בנוזל, ומטוסי העץ הדו-כנפיים פינו את הדרך למטוסים חד כנפיים עשויים מסגסוגת אלומיניום. ב־1915 בנה הוגו יונקרס את המטוס הראשון שכולו מתכת, מה שאיפשר את פיתוחם של מטוסי ענק רב מנועיים בתחילת שנות השלושים, התעופה האזרחית התפתחה והנוסעים החליפו את תיירות האוניות במטוסים. ב־1919 החלו הטיסות המסחריות הראשונות בין ארצות הברית לקנדה. ב-1934 בנה אנדריי טופולב את המטוס "מקסים גורקי", שהיה מטוס הנוסעים הגדול ביותר בתקופתו (היה יכול להטיס 60 נוסעים), אך המטוס שתרם לכך יותר מכל להתפתחות התעופה האזרחית היה ללא ספק הדאגלס DC-3 הנודע בכינוי דקוטה שטס לראשונה בשנת 1935. הוא הציע לנוסעים חוויית טיסה הדומה לתנאים אליהם הם רגילים מאוניות הנוסעים והיה להצלחה מסחררת. מטוסים החלו להגיע ליותר ויותר נקודות על כדור הארץ ושדות תעופה נבנו בקצב הולך וגדל.