כלי טיס שימשו לסיור, כלוחמים, מפציצים ותמיכה קרקעית, וכל תפקיד התקדם במידה ניכרת.החדשנות כללה רכבת אווירית (היכולת להעביר במהירות אספקה ​​מוגבלת, ציוד וכוח אדם בעדיפות גבוהה);ושל הפצצה אסטרטגית (הפצצת מרכזי תעשייה ואוכלוסיה של האויב כדי להרוס את יכולתו של האויב לנהל מלחמה).השימוש במטוס הסילון היה חלוץ, ולמרות שהקדמה מאוחרת פירושה שהייתה לו השפעה מועטה, הוא הוביל לכך שהמטוסים הפכו לסטנדרט בחילות האוויר ברחבי העולם.התקדמויות נעשו כמעט בכל היבט של לוחמה ימית, בעיקר עם נושאות מטוסים וצוללות.למרות שללוחמה אווירונאוטית הייתה הצלחה מועטה יחסית בתחילת המלחמה, הפעולות בטרנטו, פרל הרבור וים האלמוגים ביססו את המוביל כספינת הבירה הדומיננטית במקום ספינת הקרב.צוללות, שהתגלו כנשק יעיל במהלך מלחמת העולם הראשונה, צפו על ידי כל הצדדים להיות חשובות בשנייה.הבריטים התמקדו בפיתוח בנשק ובטקטיקות נגד צוללות, כמו סונאר ושיירות, בעוד שגרמניה התמקדה בשיפור היכולת ההתקפית שלה, עם עיצובים כמו צוללת מסוג VII וטקטיקות להקת זאב.בהדרגה, שיפור הטכנולוגיות של בעלות הברית כגון אור ליי, קיפוד, דיונון וטרפדות ביות הוכיחו את עצמם כניצחו על הצוללות הגרמניות.הלוחמה היבשתית השתנתה מקו החזית הסטטי של לוחמת התעלות של מלחמת העולם הראשונה , שנשענה על ארטילריה משופרת שגברה על מהירות חיל הרגלים והפרשים כאחד, לניידות מוגברת וזרועות משולבות.הטנק, ששימש בעיקר לתמיכה בחיל רגלים במלחמת העולם הראשונה, התפתח לנשק העיקרי.רוב הלוחמים הגדולים ניסו לפתור את בעיות המורכבות והאבטחה הכרוכות בשימוש בספרי קוד גדולים להצפנה על ידי תכנון מכונות הצפנה, כשהידועה ביותר היא מכונת האניגמה הגרמנית.פיתוח של SIGINT (בינת אותות) וניתוח הצפנה אפשרו את תהליך הנגד של פענוח.הישגים טכנולוגיים והנדסיים נוספים שהושגו במהלך המלחמה או כתוצאה ממנה כוללים את המחשבים הניתנים לתכנות הראשונים בעולם (Z3, Colossus ו-ENIAC), טילים מונחים ורקטות מודרניות, פיתוח נשק גרעיני בפרויקט מנהטן, חקר מבצעים ופיתוח של נמלים מלאכותיים וצינורות נפט מתחת לתעלת למאנש.הפניצילין הופק לראשונה והשתמש בו במהלך המלחמה.