在现代飞机中，有一类既非军用、又非民用，而主要用于验证航空科学理论和新技术的试验，这类飞机称为研究机。

在现代航空航天科学的发展中，许多新问题难以在地面用模拟试验和理论分析去发现，飞行器采用的新技术也往往都比较复杂，特别是多项新技术的综合效果是很难作出理论上的估计的。因此，为了减少新飞行器的研制风险，研究机成了不可缺少的研究工具。

美国在第二次世界大战后，为了探索超音速飞行的奥秘，寻找合适的飞机外形，便开始了一系列研究机的研制和试验工作。

美国以X作为这类飞机的机种代号，因此把这类飞机称为X系列飞机。其中最有代表性的有：X-1超音速研究机，于1947年在平飞中突破了音障（M数达1.015）；高速有人驾驶研究机X-15，飞行速度可达M数6.7，飞行高度最高达107.9千米，用于研究在高超音速飞行时驾驶员的生理反应、气动力加热和摩擦对结构的影响以及由大气层外重返大气层的飞行问题等。

但是这类专门建造的研究机结构复杂、费用昂贵。为了降低费用，后来越来越多地采用现有飞机改装的办法。例如，用B-66轰炸机改装成附面层控制研究机X-21，用F-111改装成超临界机翼验证机等。但是近年来，美国为了验证先进技术，又研制了一批专门的研究机进行试验验证工作，如X-29前掠翼研究机、X-30高超音速空天飞机（该计划现已取消）、X-31“增强战斗机机动性验证机”（与德国联合研制）等。