空母打撃群が有する最有力の対空戦闘システムは、航空母艦より運用される艦上戦闘機および空中早期警戒機、そして艦隊のC4Iシステムによる複合システムである。また、護衛のミサイル艦は艦隊防空ミサイル・システムを備えているほか、それ以外の艦も、短距離射程の個艦防空ミサイルや近接防空火器（CIWS）などにより、最低限以上の防空能力を備えている。

打撃群の索敵可能範囲を増大させ、また、必要に応じて指揮統制を助けるため、現在、航空母艦には5機のE-2C早期警戒機が配置されている。これらは、必要に応じて遠隔地に進出し、前進配置センサーとして機能する。基本的には、その探知データは戦術データ・リンクによって航空母艦、あるいは防空中枢艦の指揮所に伝えられ、ここで処理されることとなるが、近年では、ある程度の指揮機能も有するようになっている。

空母艦上には40機前後のF/A-18C/D、あるいは発展型のF/A-18E/F戦闘攻撃機が配備されて、艦上戦闘機の主力となっている。同機は、中距離および短距離の撃ち放し式空対空ミサイルとM61 20mm機関銃を搭載して、最大でマッハ1.8の速度を発揮でき、最長で5,000 kmにも及ぶ航続距離を有するほか、空中給油能力も備える。また、自機装備のAPG-65 (あるいはAPG-79)レーダーのほか、戦術データ・リンクにより脅威情報を受信することができる。

一方、空母打撃群を構成する水上戦闘艦のうち、防空を任務とするのがミサイル艦（ミサイル巡洋艦、ミサイル駆逐艦、ミサイル・フリゲート）である。これらは、1950年代後半より順次実用化されたタロス、テリア、ターターの3種の艦隊防空ミサイル・システムを搭載し、これによって防空任務を行なっていた。

しかし、1980年代より、これらよりはるかに先進的なイージスシステム (Mk 7 AWS)の艦隊配備が開始され、現在、空母打撃群に配備されたミサイル艦の全てがイージス艦となっている。<ref>簡易型ターター・システムを搭載したオリバー・ハザード・ペリー級ミサイルフリゲートがまだ艦隊に残っているが、これらは現在、順次に艦隊防空ミサイルの運用を中止し、対潜・対水上哨戒専任艦となっている。</ref>現在の空母打撃群の一般的な編制では、防空中枢艦としてのタイコンデロガ級ミサイル巡洋艦と、これに指揮されるアーレイ・バーク級ミサイル駆逐艦、合計3隻が含まれていることが多い。また、航空母艦自身は、改良型個艦防空ミサイル・システム（IPDMS）、Mk 31 RAMシステム、Mk 15 CIWSといった自衛防空火力を装備している。これらは、現在、SSDS Mk 2によって統合された戦闘システムとして再構築されつつある。

これらの各機・艦が受信した情報は、戦術データ・リンクを介して、各艦CIC装備のGCCS-M (旧JOTS)、そしてそれぞれの戦術情報処理装置 (ACDS, Aegis C&D)に入力される。これにより、空母打撃群全体が一体となった戦闘が可能となっているほか、将来的には共同交戦能力も導入される。