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Os radares de vigilância aéreos têm duas finalidades. Auxiliam na deteção de alvos aéreos e na deteção de alvos no solo e na superfície do mar. Estes radares equipam aeronaves de Alerta Aéreo Antecipado (AEW), principalmente plataformas de asa fixa e rotativa. Os radares de vigilância aéreos equipam aeronaves de vigilância marítima e/ou plataformas de inteligência, vigilância e reconhecimento. Nesta última função, equipam aeronaves de asa fixa e rotativa, bem como veículos aéreos não tripulados.
As aeronaves AEW utilizam radares de vigilância aérea para detetar alvos aéreos, como aeronaves ou mísseis. Alguns radares AEW podem ter uma capacidade residual para detetar e rastrear alvos no solo e no mar. Um exemplo disso foram os antigos helicópteros AgustaWestland/Leonardo ASAC.7 Sea King da Marinha Real Britânica. Estes transportavam o radar Searchwater-2000 da Thales. Da mesma forma, a série de jatos AEW E-3 Sentry da Boeing, equipada com o radar Westinghouse/Northrop Grumman AN/APY-1/2, pode detetar e rastrear alvos na superfície do mar.
Os radares AEW detetam e rastreiam alvos aéreos hostis. Isto permite que os controladores a bordo da aeronave direcionem o poder aéreo amigo para esses alvos e gerem a sua interceção. O mesmo radar pode gerir a direção das aeronaves amigas e coordenar as operações aéreas das forças aliadas. Estas missões podem incluir apoio aéreo aproximado e interdição no campo de batalha, patrulhas aéreas de combate, reabastecimento e apoio de combate. A vantagem de um radar AEW reside no seu alcance de deteção e rastreio de alvos. Por exemplo, um radar deste tipo equipando uma aeronave a voar a 30 000 pés (9144 metros) teria um alcance de cerca de 212 milhas náuticas (392 quilómetros). A escolha do radar é determinada pela função do radar, potência e tamanho da antena, entre outros fatores. Consequentemente, os radares que equipam plataformas AEW tendem a utilizar a banda L (1,215 gigahertz/GHz a 1,4 GHz), a banda S (2,3 GHz a 2,5 GHz/2,7 GHz a 3,7 GHz), banda C (5,25 GHz a 5,925 GHz) e banda X (8,5 GHz a 10,68 GHz).
Os radares de vigilância aerotransportados também desempenham um papel fundamental na deteção de alvos em terra e no mar. Tanto o ambiente terrestre como o marítimo podem ser muito «congestionados». O congestionamento refere-se aos ecos espúrios que um radar recebe quando as suas transmissões atingem objetos no solo e na superfície. Por exemplo, o mar tem cristas de ondas, que por vezes podem ser relativamente grandes. Um radar deteta estas cristas de onda e apresenta-as no ecrã. Da mesma forma, o solo apresenta uma infinidade de objetos que causam interferência, desde edifícios a vegetação e veículos. A interferência pode fazer com que um alvo pequeno, como um barco ou um carro, seja mascarado por objetos maiores no ecrã. Por esta razão, muitos radares de vigilância aéreos utilizam frequências da banda X (8,5 GHz a 10,68 GHz) e superiores.
A estreiteza destes feixes permite que os alvos sejam identificados com grande detalhe. Como os feixes da banda X são muito estreitos, um radar pode necessitar de várias transmissões para compor uma imagem de um carro, por exemplo. Isto deve-se ao facto de a antena ser relativamente pequena em comparação com radares de frequência mais baixa. As transmissões da banda X podem criar uma visão do alvo semelhante a um canudo. Por conseguinte, a aeronave que transporta o radar deve mover fisicamente a antena sobre uma determinada área para criar uma imagem detalhada do alvo. Este é o princípio subjacente ao Radar de Abertura Sintética (SAR). O movimento da aeronave sobre uma área específica cria artificialmente uma antena de maiores dimensões. As imagens SAR são tão detalhadas que rivalizam com as fotografias. No entanto, ao contrário das fotografias, podem ser obtidas em quaisquer condições meteorológicas, de dia ou de noite, uma vez que o radar não é afetado por tais condições.
Estes radares de vigilância aérea incluem também software Indicador de Alvos em Movimento (MTIs). Este software deteta quando alvos como veículos ou embarcações estão em movimento. Os MTIs são úteis para auxiliar a gestão de combate em terra e no ambiente marítimo. Para redes integradas de vigilância aérea, o software de fusão multirraio pode consolidar dados de rastreamento de múltiplos sensores numa imagem operacional unificada. O Sistema Conjunto de Vigilância e Ataque por Radar (Joint Surveillance Target Attack Radar System) Boeing E-8C da Força Aérea dos Estados Unidos está equipado com o radar AN/APY-7 da Northrop Grumman. Este radar utilizou as suas capacidades SAR e MTI para rastrear veículos do Exército iraquiano durante a Operação Tempestade no Deserto. Conduzida por uma coligação liderada pelos EUA em 1991, a Tempestade no Deserto expulsou o Iraque da sua ocupação do Kuwait. As informações do E-8C foram particularmente úteis para ajudar a direcionar o poder aéreo da coligação para estes alvos durante o combate.
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