Flydekket på skipene i Nimitz-klassen er vinklet og flyene bruker CATOBAR for å ta av og lande. Dette gjør at flyoperasjoner kan utføres hurtigere og med flere flytyper enn dersom det ble brukt STOVL som er vanlig på mindre hangarskip. Normalt er det utplassert en Carrier Air Wing ombord som består av rundt 90 fly. Skipene opererer med jagerfly av typen Boeing F/A-18-A/B/C/D Hornet og den komplimentære F/A-18E/F Super Hornet. Tidligere ble også Grumman F-14 Tomcat brukt, men de siste ble skiftet med F/A-18 Super Hornet i 2006. I tillegg til jagerfly har skipene også anti-luft-våpen og anti-missil-våpen ombord.