第一阶段从1903年至1910年。这个时期，飞机结构材料主要以木-布为主。木头构筑起飞机的机身框架，帆布为飞机提供气动外形。木头作为结构材料，凭借着超轻的质量和较低的密度，获得了长久的生命力。直至第二次世界大战时期，木头仍被应用于部分战机上。其典型代表就是英国的“德·哈维兰-蚊式战斗轰炸机”。这款战机拥有“木头奇迹”的美誉，身轻如燕、性能优良，是英国皇家空军中一种颇具特色的机型。
第二阶段从1910年到1949年。这一阶段的机身材料以钢-铝为主。高强度的钢常被用作主承力的机身框架结构，铝合金则被用于机身蒙皮。以钢-铝材料制作的飞机机身，其强度、结构刚度以及抗弹能力都较木-布结构有了质的飞跃。二战中，主力战机机型例如美军的P51野马、F6F地狱猫以及英国的喷火式、德国的梅塞施密特Bf-109战斗机无一例外都采用了钢-铝结构。
第三阶段是从1950年到1979年。这个时期的机身材料以钢、铝、钛为主。在耐高温方面，美国与苏联走了两条截然不同的路线。美国走的是“高端路线”——钛合金。钛合金密度低，以钛合金制成的飞机结构质量较轻，然而其原材料价格偏高，不易加工。典型代表是美国设计的一款高空高速侦察机SR-71黑鸟，飞行速度可达3.35马赫。苏联则选择了“平民路线”——不锈钢。相比之下，不锈钢原材料易得、易加工，成本低廉。典型代表是苏制的米格-25，其机身80%的结构采用不锈钢制作，最大飞行速度达到2.8马赫。值得一提的是，设计米格-25的初衷是为了拦截SR-71。然而，由于其笨重的不锈钢机身，历史上SR-71曾多次袭扰苏联领空，却从未被成功拦截。
第四阶段是从20世纪80年代至今。材料学家经过长期探索，在已知的单质材料中，已找不到密度低于铝合金、强度高于不锈钢，且耐热温度接近钛合金水平的材料了。随着高性能耐热聚合物基体被合成，轻质、高强的碳纤维开始大规模生产，先进复合材料开始进入材料学家的视野。先进复合材料低密度，性能可设计、易成型。同等结构强度下，采用复合材料制作的机身较钛、铝、钢都能大幅度减重。现在美国第四代战机F-22、F-35等的复合材料用量高达24%和30%，俄罗斯最新五代机的复合材料用量也达到了15%。复合材料在先进战机上的大规模应用，标志着现代战机从“铝为主，钛、钢结构并存”的时代迈向“复合材料为主，铝、钛、钢结构共存”的新时代。
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