Fatti: A. Il 12 agosto 1938 è stato inaugurato nella piana del Vedeggio un aerodromo, costituito da una pista lunga 1 km e larga 100 m e da un hangar, costruito su proposta dell'Aero Club Lugano. Nel 1947, dopo che i voli erano stati sospesi durante la seconda guerra mondiale, è stato costruito l'aeroporto vero e proprio e la necessaria autorizzazione è stata rilasciata dall'allora Ufficio aereo federale (UAF) all'Aero Club Lugano. Nel 1960 le infrastrutture sono state nuovamente ampliate e la pista asfaltata. Nel 1963, a seguito di problemi sorti con un proprietario fondiario, l'autorizzazione è stata prima ritirata e poi ripristinata, dopo che il Comune di Lugano ha acquistato i terreni ed affidato la gestione al Gruppo Volo Motore di Lugano, a cui è subentrata nel 1966 Avilù SA. Nel 1974, dopo che la gestione è passata all'Azienda Comunale dei Trasporti, l'UAF ha rilasciato l'autorizzazione illimitata per l'esercizio di un campo di aviazione. Nel 1980 l'aerodromo ("Aeroporto di Lugano-Agno") è stato aperto al traffico di linea. Attualmente, l'aeroporto si estende sul territorio di tre Comuni (Agno, Bioggio e Muzzano), per un perimetro complessivo di 36 ettari. B. Il 25 gennaio 1993, la Città di Lugano ha presentato all'allora Dipartimento federale dei trasporti, delle comunicazioni e delle energie (ora: Dipartimento federale dell'ambiente, dei trasporti, dell'energia e delle comunicazioni, DATEC) una domanda di concessione per l'esercizio e l'ampliamento dell'aeroporto. Il 16 settembre 1996, il Dipartimento federale ha accordato alla richiedente una concessione quadro e una concessione d'esercizio, impugnate da diversi enti pubblici e privati dinanzi al Tribunale federale, che le ha sostanzialmente confermate con sentenza del 15 novembre 1999 (DTF 125 II 643). C. Frattanto, nei primi mesi del 1999, ha avuto luogo la procedura di consultazione concernente il piano settoriale dell'infrastruttura aeronautica (PSIA), la cui parte concettuale è stata approvata dal Consiglio federale il 18 ottobre 2000. In seguito, il 18 agosto 2004, è stata approvata la scheda di coordinamento concernente l'aeroporto di Lugano-Agno, riconosciuto come impianto d'importanza regionale con traffico di linea. D. Il 7 settembre 2001, A.A._ e B.A._, proprietari dall'8 marzo 1974 del fondo part. n. xxx di Bioggio, hanno chiesto al Comune di Lugano l'apertura di una procedura di espropriazione dei diritti di vicinato e hanno notificato pretese per espropriazione materiale. La domanda è stata trasmessa dal Comune al Presidente della Commissione federale di stima del 13° Circondario, il quale il 3 maggio 2002 ha comunicato alle parti che non avrebbe per il momento aperto la procedura di espropriazione formale, visto ch'era stata introdotta a titolo cautelativo, mentre le pretese di espropriazione materiale sarebbero state esaminate solo dopo l'approvazione delle zone di sicurezza. E. Con decisione del 25 agosto 2004, pubblicata l'8 novembre 2005, il DATEC ha approvato il piano delle zone di sicurezza dell'aeroporto di Lugano-Agno. In relazione all'aggravio del piano sul fondo part. n. xxx di Bioggio, i proprietari A.A._ e B.A._ hanno notificato l'11 febbraio 2009 pretese di espropriazione materiale per complessivi fr. 636'300.--. F. Dopo una serie di atti che non occorre qui evocare, con decisione del 6 marzo 2013 la CFS ha respinto sia le pretese di indennità per espropriazione formale dei diritti di vicinato, relativamente alle immissioni del traffico aereo, sia quelle per espropriazione materiale, quest'ultime nella misura della loro ricevibilità. La CFS ha rinviato ad un ulteriore giudizio la determinazione dell'eventuale indennità dovuta ai proprietari per il sorvolo. G. Con sentenza del 6 novembre 2013, la Corte I del Tribunale amministrativo federale (TAF) ha respinto un ricorso dei proprietari contro la decisione della CFS. Riguardo all'espropriazione formale dei diritti di vicinato, il TAF ha negato l'adempimento della condizione dell'imprevedibilità delle immissioni. Ha in seguito considerato che il piano delle zone di sicurezza non comportava in concreto una restrizione della proprietà costitutiva di espropriazione materiale. H. A.A._ e B.A._ impugnano questa sentenza con un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale. In merito all'espropriazione formale dei diritti di vicinato, chiedono di accertare l'adempimento della condizione di imprevedibilità e di riconoscere la fondatezza della loro pretesa, rispettivamente di rinviare gli atti alla CFS affinché si pronunci sull'ammontare dell'indennità. Riguardo alla richiesta di indennità per espropriazione materiale, chiedono in via principale che sia riconosciuto loro l'importo di fr. 636'300.-- oltre accessori ed interessi e, in via subordinata, che la causa sia ritornata alla CFS per la fissazione dell'indennizzo. I ricorrenti fanno valere l'accertamento manifestamente inesatto dei fatti e la violazione del diritto federale. I. Il TAF e la CFS rinunciano a presentare osservazioni, mentre il Comune di Lugano chiede di respingere il ricorso.