เครื่องบินทิ้งระเบิด คือ อากาศยานทางการทหารที่ถูกออกแบบมาเพื่อภารกิจการโจมตีเป้าหมายทางภาคพื้นดินและทางทะเล ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะใช้การปล่อยลูกระเบิดลงมาเพื่อทำลายเป้าหมาย ซึ่งระเบิดที่ถูกทิ้งลงมามีหลากหลายชนิด เช่น ระเบิดนาปาล์ม ระเบิดทำลายบังเกอร์ ระเบิดอัจฉริยะ ระเบิดนิวเคลียร์ เป็นต้น
เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ถูกออกแบบมาเพื่อทำภารกิจโจมตีระยะไกลด้วยการระดมทิ้งระเบิดใส่จุดยุทธศาสตร์ของเป้าหมาย อย่าง ฐานเสบียง สะพาน โรงงาน อู่ต่อเรือ และเมือง เพื่อสร้างความเสียหายให้กับฝ่ายศัตรู ตัวอย่างสำหรับเครื่องบินประเภทนี้ได้แก่ เอฟโร แลงแคสเตอร์ ไฮน์เคล เอชอี-111 ยุงเกอร์ส เจยู 88 บี-17 ฟลายอิงฟอร์เทรส บี-24 ลิเบอร์เรเตอร์ บี-29 ซูเปอร์ฟอร์เทรส บี-36 บี-47 บี-52 สตราโตฟอร์เทรส เจเนรัล ไดนามิกส์ เอฟ-111 ตูโปเลฟ ตู-16 ตูโปเลฟ ตู-160 ตูโปเลฟ ตู-95 และโกธา จี
เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธวิธีเป็นเครื่องบินที่มีขนาดเล็กกว่าซึ่งทำหน้าที่ในระยะที่ใกล้ โดยทั่วไปแล้วจะทำงานร่วมกับทหารราบบนพื้นดิน บทบาทนี้มีเครื่องบินหลายแบบที่ถูกสร้างออกมา ในปัจจุบันเครื่องบินทางทหารลำใดๆ ก็ตามที่ไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์จะถูกจัดว่าเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธวิธี
เครื่องบินโจมตีภาคพื้นดินหรือ"เครื่องบินสนับสนุนทางอากาศระยะใกล้"ถูกออกแบบมาเพื่อบินตระเวนอยู่เหนือสมรภูมิรบและเข้าโจมตีเป้าหมายทางยุทธวิธี อย่าง รถถัง เบี่ยงความสนใจของทหารราบ เป็นต้น ตัวอย่างของเครื่องบินประเภทนี้ได้แก่ ยุงเกอร์ส เจยู 87 อิลยูชิน อิล-2 เอ-10 ธันเดอร์โบลท์ 2 และซุคฮอย ซู-25
เครื่องบินขับไล่ทิ้งระเบิด (หรือเครื่องบินขับไล่ทางยุทธวิธี เครื่องบินจู่โจม และเครื่องบินโจมตี) เป็นเครื่องบินทางทหารที่มีหลากหลายบทบาทซึ่งสามารถทำการโจมตีได้ทั้งแบบอากาศสู่อากาศและอากาศสู่พื้น เครื่องบินขับไล่ทิ้งระเบิดจำนวนมากถูกออกแบบมาให้เข้าต่อสู้ทางอากาศได้ในทันทีหลังจากที่โจมตีเป้าหมายบนพื้นดินแล้ว เครื่องบินต่อสู้หลายบทบาทในปัจจุบันถูกออกแบบให้ทำหน้าที่ได้อย่างหลากหลายมากขึ้นเนื่องจากงบประมาณที่จำกัดและพวกมันก็มักจะมีประโยชน์มาก ตัวอย่างเช่น เจียงดู เจ-10 เซียน เจเอช-7 เอฟ-4 แฟนทอม 2 เอฟ-15อี สไตรค์อีเกิล เอฟ-16 ไฟท์ติ้งฟอลคอน เอฟ/เอ-18 ฮอร์เน็ท ซุคฮอย ซู-34 มิราจ 2000 และพานาเวีย ทอร์นาโด
เครื่องบินทิ้งระเบิดเกิดขึ้นในช่วงเวลาเดียวกับเครื่องบินขับไล่ในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง ในตอนแรกนั้นมันถูกใช้เพื่อทิ้งระเบิด มันถูกใช้โดยอิตาลีเมื่อพวกเขาทำการรบที่ลิเบียในปีพ.ศ. 2454 เมื่อปีพ.ศ. 2455 นักบินของกองทัพอากาศบัลแกเรียชื่อคริสโต ทอปรัคชิฟได้แนะนำให้มีการใช้เครื่องบินทิ้งระเบิดในตำแหน่งของตุรกี ร้อยเอกเพโทรฟได้พัฒนาแนวคิดและได้สร้างต้นแบบออกมามากมายโดยใช้ระเบิดที่แตกต่างกันไปและเพิ่มความจุ เมื่อวันที่ 16 ตุลาคมพ.ศ. 2455 ผู้สังเกตการณ์ชื่อโพรแดน ทารัคชิฟได้ทิ้งระเบิดสองลูกใส่ทางรถไฟของตุรกีโดยใช้เครื่องอัลบาทรอส เอฟ.2 ที่บินโดยราดัล มิคอฟ
หลังจากการทดสอบหลายครั้งเพโทรฟก็ได้สร้างแบบสุดท้ายออกมา มันมีระบบอากาศพลศาสตร์ หางรูปทรง X และชนวนจุดระเบิด รุ่นดังกล่าวถูกใช้อย่างกว้างขวางโดยกองทัพอากาศบัลแกเรียในช่วงการโอบล้อมเออริน แบบสำเนาถูกขายให้กับเยอรมนีและระเบิดก็ถูกผลิตออมาเป็นจำนวนมากในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
ระเบิดนั้นมีน้ำหนัก 6 กิโลกรัม เมื่อมันกระทบเป้าหมายจะสร้างรัศมีกว้าง 4-5 เมตรและหลุมที่ลึกลงไปประมาณ 1 เมตร
เยอรมันใช้เรือเหาะเป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดเพราะพวกมันมีพิสัยและความจุที่มากพอจะไปถึงอังกฤษได้ ด้วยความก้าวหน้าในการออกแบบเครื่องบินและอุปกรณ์ พวกมันได้เข้าร่วมกับเครื่องบินปีกสองชั้นที่มีขนาดใหญ่กว่า ซึ่งสามารถทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ได้โดยเฉพาะในตอนกลางคืน การทิ้งระเบิดส่วนใหญ่ยังคงเป็นผลงานของเครื่องบินปีกสองชั้นเครื่องยนต์เดียวพร้อมลูกเรือหนึ่งหรือสองคน พวกเขาจะบินเพื่อทิ้งระเบิดในระยะสั้นเพื่อเข้าโจมตีแนวข้าศึกและส่วนที่ห่างจากตัวเมือง
เครื่องบินทิ้งระเบิดสี่เครื่องยนต์ลำแรกเป็นของรัสเซีย มันถูกสร้างขึ้นในปีพ.ศ. 2457 และถูกใช้ในสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง
เมื่อสงครามโลกจบลงสหราชอาณาจักรได้รวบรวมเครื่องบินทิ้งระเบิดขนาดหนักพร้อมความมุ่งมั่นที่จะเข้าโจมตีอุตสาหกรรมของเยอรมนี แต่สงครามก็จบลงเสียก่อน
ในอดีตเครื่องบินทิ้งระเบิดเป็นเครื่องบินที่ไม่เหมือนกับเครื่องบินแบบอื่นๆ และมักมันรูปร่างที่ใหญ่โตกว่าเครื่องบินอื่นๆ สิ่งนี้ก็เพราะมันต้องมีเครื่องยนต์จำนวนมากเพื่อบรรทุกระเบิด มันส่งผลให้เกิดเครื่องบินที่ใหญ่ขึ้นมาก เป็นเครื่องบินที่เหมาะกับบทบาท
ด้วยข้อจำกัดของกำลังเครื่องยนต์และความแม่นยำ เครื่องบินทิ้งระเบิดจึงถูกออกแบบมาเพื่อจุดประสงค์ใดจุดประสงค์หนึ่ง สิ่งนี้เริ่มขึ้นในสงครามโลกครั้งที่สองซึ่งแบ่งออกเป็นดังนี้
เครื่องบินทิ้งระเบิดมีอาวุธสำหรับป้องกันตนเองจากเครื่องบินของข้าศึกเท่านั้น มันไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อทำการต่อสู้กับเครื่องบินลำอื่น เหตุผลหลักนั้นก็เพราะว่ามันเชื่องช้าและมีขนาดใหญ่ ถึงแม้ว่าบางแบบจะมีขนาดเล็กเพื่อใช้เป็นเครื่องบินขับไล่แบบพิเศษ เครื่องบินโจมตีมีขนาดเล็กกว่า เร็วกว่า และรวดเร็วกว่า แต่เมื่อติดอาวุธสำหรับโจมตีภาคพื้นดินมันก็ด้อยกว่าเครื่องบินขับไล่ เครื่องบินโจมตีอาจขนอาวุธอากาศสู่อากาศ แต่โดยปกติจะเป็นอาวุธนำวิถีด้วยอินฟราเรดเพื่อป้องกันตัวเอง
เมื่อเริ่มสงครามเย็นเครื่องบินทิ้งระเบิดนั้นมีหน้าที่เพียงแค่บรรทุกระเบิดนิวเคลียร์ไปทิ้งใส่ศัตรและมีบทบาทในทฤษฏียับยั้ง (อังกฤษ: deterrence theory) ด้วยการปรากฏตัวของขีปนาวุธนำวิถี เครื่องบินทิ้งระเบิดได้เปลี่ยนไปเพื่อหลบหลีกการเข้าสกัดกั้น การบินด้วยความเร็วสูงและความสูงกลายมาเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลบจากการตรวจจับและโจมตี บางแบบอย่างอิงลิช อิเลคทริก แคนเบอร์ราสามารถบินได้เร็วหรือสูงกว่าเครื่องบินขับไล่ในสมัยเดียวกัน ขีปนาวุธพื้นสู่อากาศเป็นภัยคุกคามต่อเครื่องบินที่บินสูง และเครื่องบินทิ้งระเบิดก็ต้องบินเร็วในระดับต่ำแทนเพื่ออยู่ใต้การป้องกันทางอากาศ เพราะว่าระเบิดเป็นแบบที่ไม่เหมือนเก่าพวกมันจึงไม่ต้องบินเหนือเป้าหมายเพื่อทิ้งระเบิด แต่จะทำการยิงและหันกลับเพื่อหนีแรงระเบิดแทน เครื่องบินที่ใช้นิวเคลียร์จะทำจากเหล็กล้วนๆ หรือสีขาวเพื่อหลีลเลี่ยงผลกระทบ
การพัฒนาเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์เริ่มหยุดลงในช่วงท้ายของสงครามเย็นเพราะว่าราคาและขีปนาวุธข้ามทวีปซึ่งดีกว่า โครงการเอ็กซ์บี-70 วัลคีรีของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ถูกยกเลิกเพราะเหตุผลดังกล่าวในต้นปีพ.ศ. 2503 และต่อมาก็มีบี-1 แลนเซอร์และบี-2 สปิริทเข้าประจำการไม่นานกลังจากปัญหาทางการเมืองและการพัฒนาที่ยืดเยื้อ ราคาที่สูงหมายถึงมีจำนวนน้อยที่ถูกสร้างออกมาและบี-52 ยังคงถูกใช้ต่อไปในศตวรรษที่ 21 เช่นเดียวในในทางโซเวียตใช้ทิวโปเลฟ ทู-22เอ็มในปีพ.ศ. 2513 แต่โครงการมัค 3 ของพวกเขาก็ล้มเหลว มัค 2 ทิวโปเลฟ ทู-160 ถูกสร้างออกมาในจำนวนที่น้อยมาก ทำให้ทิวโปเลฟ ทู-16 และทิวโปเลฟ ทู-95 รุ่นก่อนหน้ายังคงถูกสร้างต่อจนถึงศตวรรษที่ 21 ในขณะเดียวกันกองกำลังเครื่องบินทิ้งระเบิดของสหราชอาณาจักรก็มาถึงจุดจบด้วยการถูกเลิกใช้ มีเพียงประเทศเดียวที่ใช้เครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ในปัจจุบัน นั่นก็คือสาธารณรัฐประชาชนจีน ซึ่งมีเครื่องทู-16 จำนวนมาก
ในกองทัพอากาศปัจจุบันความแตกต่างระหว่างเครื่องบินทิ้งระเบิด เครื่องบินขับไล่ทิ้งระเบิด และเครื่องบินทิ้งระเบิดเริ่มไม่ชัดเจน เครื่องบินโจมตีมากมายดูเหมือนเครื่องบินขับไล่มักทำการทิ้งระเบิดด้วยความสามารถเพียงเล็กน้อยในการต่อสู้ทางอากาศ อันที่จริงแล้วคุณภาพการออกแบบที่สร้างประสิทธิภาพให้กับเครื่องบินนั้นสร้างความแตกต่างจากเครื่องบินครองความเป็นจ้าวอากาศ ในทางตรงกันข้ามเครื่องบินขับไล่จำนวนมากอย่างเอฟ-16 มักถูกใช้ขนระเบิดถึงแม้ว่าจะถูกออกแบบมาเพื่อทำการต่อสู้ทางอากาศก็ตาม อาจเป็นไปได้ที่ในปัจจุบันความแตกต่างที่มากที่สุดคือด้านพิสัย เครื่องบินทิ้งระเบิดมักมีระยะทำการไกลในขณะที่เครื่องบินขับไล่ทิ้งระเบิดและเครื่องบินโจมตีมีขอบเขตในการบินที่จำกัดในสมรภูมิ แต่ข้อแตกต่างนั้นก็ไม่แน่ชัดเพราะว่าเครื่องบินมากมายสามารถทำการเติมเชื้อเพลิงกลางอากาศได้เพื่อเพิ่มระยะทำการ
แผนของสหรัฐฯ และรัสเซียสำหรับกองกำลังเครื่องบินทิ้งระเบิดทางยุทธศาสตร์ยังคงเป็นเพียงโครงการในแผ่นกระดาษ และการเมืองกับทุนก็ทำให้พวกมันดูเหมือนจะเกิดขึ้นในอนาคต ในสหรัฐฯ มีแผนในปัจจุบันที่จะให้กองเครื่องบินทิ้งระเบิดยังคงอยู่ในประจำการจนถึงปีพ.ศ. 2563 พร้อมกับเครื่องบินทิ้งระเบิดรุ่นใหม่ที่จะเข้ามาแทนที่ในปีพ.ศ. 2561
