第一階段從1903年至1910年。這個時期，飛機結構材料主要以木-布為主。木頭構築起飛機的機身框架，帆布為飛機提供氣動外形。木頭作為結構材料，憑借著超輕的質量和較低的密度，獲得了長久的生命力。直至第二次世界大戰時期，木頭仍被應用於部分戰機上。其典型代表就是英國的“德·哈維蘭-蚊式戰鬥轟炸機”。這款戰機擁有“木頭奇跡”的美譽，身輕如燕、性能優良，是英國皇家空軍中一種頗具特色的機型。
第二階段從1910年到1949年。這一階段的機身材料以鋼-鋁為主。高強度的鋼常被用作主承力的機身框架結構，鋁合金則被用於機身蒙皮。以鋼-鋁材料製作的飛機機身，其強度、結構剛度以及抗彈能力都較木-布結構有了質的飛躍。二戰中，主力戰機機型例如美軍的P51野馬、F6F地獄貓以及英國的噴火式、德國的梅塞施密特Bf-109戰鬥機無一例外都採用了鋼-鋁結構。
第三階段是從1950年到1979年。這個時期的機身材料以鋼、鋁、鈦為主。在耐高溫方面，美國與蘇聯走了兩條截然不同的路線。美國走的是“高端路線”——鈦合金。鈦合金密度低，以鈦合金制成的飛機結構質量較輕，然而其原材料價格偏高，不易加工。典型代表是美國設計的一款高空高速偵察機SR-71黑鳥，飛行速度可達3.35馬赫。蘇聯則選擇了“平民路線”——不銹鋼。相比之下，不銹鋼原材料易得、易加工，成本低廉。典型代表是蘇制的米格-25，其機身80%的結構採用不銹鋼製作，最大飛行速度達到2.8馬赫。值得一提的是，設計米格-25的初衷是為了攔截SR-71。然而，由於其笨重的不銹鋼機身，歷史上SR-71曾多次襲擾蘇聯領空，卻從未被成功攔截。
第四階段是從20世紀80年代至今。材料學家經過長期探索，在已知的單質材料中，已找不到密度低於鋁合金、強度高於不銹鋼，且耐熱溫度接近鈦合金水平的材料了。隨著高性能耐熱聚合物基體被合成，輕質、高強的碳纖維開始大規模生產，先進復合材料開始進入材料學家的視野。先進復合材料低密度，性能可設計、易成型。同等結構強度下，採用復合材料製作的機身較鈦、鋁、鋼都能大幅度減重。現在美國第四代戰機F-22、F-35等的復合材料用量高達24%和30%，俄羅斯最新五代機的復合材料用量也達到了15%。復合材料在先進戰機上的大規模應用，標誌著現代戰機從“鋁為主，鈦、鋼結構並存”的時代邁向“復合材料為主，鋁、鈦、鋼結構共存”的新時代。
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