二次大战后，各国海军皆无实力可挑战美国海军的航母部队，当时其数量即为全世界其他国家航母总和之数倍，相关科技与使用经验也最为丰富。轴心国战败与核武器的出现促使美国将大量航母封存，其中不乏新造舰只。当时不仅美国、世界也流传核武器改变海军本质的观点，认为战争将决胜于空军轰炸机投掷的核武器，耗费巨资所建立的航母部队将会瞬间被消灭。除了核武器外，喷射飞机开始普及，令舰载机体积与重量大幅增加，因此美国开始着手设计巨型的航空母舰，为日后「超级航空母舰」标准的前身。在此时期，受到了核武优势论的影响，美国海军计划运用大型航母上的舰载轰炸机来投射核武，最终开始研制航母「美国号」，然而新成立的美国空军亦坚持战略轰炸机的决定性，最终在会议中航母方辩论失败，美国号计划也流产。
虽然二战后航空母舰的地位一度降到了最低点，但随后于1950年6月爆发的韩战，大量的喷射舰载机以其为基地投入战争，令航母的重要性又受到了重新的评价，也让直升机有了新的发挥空间。这个时期，英国研制出诸多航空母舰设计新技术——光学助降装置、蒸气弹射器与斜角飞行甲板，成为日后大型航母的典范，美国海军也结合上述技术特征建造了福莱斯特级航空母舰。此外，随着鹦鹉螺号核动力潜艇的核动力军舰试验的成功，美国海军也开始于航母上使用核动力，第一艘核动力航母「企业号」便于1960年下水服役。
60年代初期，美国服役了第一批弹道飞弹潜艇，美国海军不需要航母继续维持对预先设定的目标进行核武器的攻击计划，因此在1976年不再将航母列入单一整合作战计划中，而是担任核打击任务的预备部队。同时美军也为了应对苏军潜艇的威胁，将大批的旧式艾塞克斯级改装为「反潜航空母舰」。随着世界核技术的进步，核能舰艇的建造成本逐年下降，经过慎重考虑，美国自1975年起开始建造新设计的「尼米兹级」航母，以替换大量旧式航母；随后30年，各艘尼米兹级航母接连完工服役。尽管每一艘尼米兹级与前一艘相比都有所改良，但基本设计始终不变。
美国以外的航母拥有国——英国与法国，由于经历二战和殖民地纷纷独立而国力大减。英国将航母大量卖给其他中小型国家，这些旧式航母本身于二战期间赶着建造，其设计到了1950年代早已无法应付喷射舰载机的需求，很快就从他国中退役。由于国防预算不断地缩减，英国甚至一度想完全放弃建造航空母舰，只有为应对苏联潜艇威胁与护航所需而建造了三艘轻型的「无敌级」航空母舰。
无敌级其采用新式的「滑跳甲板」技术，并搭载垂直/短程起降战斗机与直升机作为主要战力，在1982年与阿根廷所爆发的福克兰群岛（马岛）战争中，尽管无敌级因为没有搭载预警机而造成英军船舰的损失，但还是证明了其存在价值，在阿根廷空军战机作战半径的边缘，为整个舰队提供部分保护。无敌级日后影响了其他中小型、资源与成本较少的国家来发展类似的轻型航母，包括意大利、西班牙与泰国，同样建造了设有滑跳式甲板，也以直升机和垂直/短程起降机为舰载机的航母。法国则在二战后从英国与美国租借轻型航母，将其投入于法越战争中，而后于1950年代研制了两艘「克里孟梭级」中型航母。
至于美国于冷战的主要竞争对手——苏联的航母发展之路较为复杂。苏联领导人赫鲁晓夫执着于导弹与核武器，对航母持鄙夷态度并抵制其发展，一直到美军将核打击任务交付潜艇后，才发展舰载反潜直升机的军舰。到了1964年古巴导弹危机后，赫鲁晓夫才真正正视航母的价值，结合先前海军内部暗中研究出的设计，建造了「基辅级」航空母舰。基辅级除了搭载垂直起降战机与反潜直升机外，本身还有强大的对空、对潜、对舰武装，但与西方国家的航母相比，也只能说是重型载机巡洋舰。苏联较为正规的航母一直到1991年才出现，是为「库兹涅佐夫级」，采用大型滑跳式甲板，仍保有许多导弹武器，与西方设计思维有所不同。
冷战期间航空母舰主要参与了世界各地的军事行动与代理战争，包括韩战、第二次中东战争、越战、黎巴嫩内战、第三次印巴战争、福克兰岛（马岛）战争、波斯湾战争等等，皆展现了其强大的远洋作战能力。
