“兵马未动，粮草先行。”虽然航母在出海前可以储备大量物资，但船上五、六千人的日常饮食以及舰载机作战时的航空燃油和弹药消耗非常大，需要时常在海上进行补给。美国尼米兹级为核动力航母，不需要携带动力燃油，虽然舰上可以储备几千吨航空燃油，但几十架舰载机几天时间就消耗待尽。按照美国海军的规定，作战舰艇的燃油和弹药储备低于50%之前，就必须撤出战斗在安全区进行补给。按舰载机每出动一次耗油10吨计算，每天如果出动100架次就是1000吨;按一个起飞架次挂2枚500磅炸弹计算，弹药的消耗也是相当可观的。
美国航母打击大队通常编配1艘综合补给舰(也称快速战斗支援舰)随队出航，提供伴随补给。平时补给舰在编队内层穿梭于各舰之间，为其补充燃油和物资。在执行低威胁作战任务时，航母打击大队的舰艇利用战斗间隙在预设的休整区进行补给。在高威胁作战时，补给舰和加油船等支援舰一般是留在战区外，等候需要补给的舰前来补给。
海上补给分为两类，一是根据预期的需要进行补给，即在航母打击大队没有提出保障的情况下从保障点为航母打击大队提供物资和支援兵力的保障;二是由航母打击大队提出所需物品及数量、补给的时间、地点，然后由保障部门实施保障。在大规模作战时，美国海军会动用大量运输舰船穿梭于本土和海外基地之间，运送各种物资，再由快速补给舰将物资运往在战区作战的航母打击大队。
海上补给方式可分为横向补给、纵向补给和垂直补给，按补给的物资又分为液货补给和干货补给。横向补给指补给舰和加油船与作战舰艇相向而行补给液货和干货，纵向补给一般是通过软管向航行在后面的舰艇补给液货。
在开始补给作业前先由士兵用抛缆枪向补给舰抛一条绳索，将钢缆牵引过来，然后在航母的补给点上固定，输油管顺着通过连接两舰的钢缆到达受补舰。准备就绪后，打开阀门输油，干货借助滑车达到受补舰。在海上进行横向补给时，航母与补给舰间隔30～35米进行慢速并列航行。1艘综合补给船可以同时为左右舷的2艘舰船进行补给。此时，航母不能起降飞机，水面舰艇也不能使用武器。如果是在战时，还要撤离战区进行补给，以防遭到敌方的攻击。
垂直补给主要是补给干货，由直升机从补给舰向航母或其他水面舰艇上吊运物资或弹药。这些物资和弹药先是堆放在飞行甲板上，然后通过飞机升降机运到机库甲板，在那里进行分类，再通过连接下层甲板的输送带或升降机将物资、弹药分别送往各类仓库。
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