按功能和任务，试验研究机可分为探索性研究机、技术验证机和空中实验室3类。①探索性研究机。主要用于未知航空科学技术领域探索和新理论、新概念的试飞验证，如美国在20世纪四五十年代研制的X-1突破声障试验机、X-15突破热障试验机，以及进入21世纪后研制成功的X-51“乘波者”高超声速飞行器等。②技术验证机。主要用于航空新技术或新系统的演示验证试飞，如隐身技术验证机、层流控制试验机、矢量推力验证机、火/飞/推综合控制验证机等。一般这种试验研究机由现有飞行器改装而成。有时把型号飞行器的全尺寸验证机，如YF-16、YF-22、X-35等也列于该类型。③空中实验室。类似于地面专业实验室，只是这种实验室是在飞行中开展试验研究。这类飞行器一般用于系统和产品的研制和调试试验，通常也是由现有的飞行器改装而成，如变稳飞机、航空发动机空中试验台、航电系统综合试验机、弹射救生试验机、失重试验机等。

中国飞行试验研究院先后拥有各类试验研究机30余架。这些试验研究机在提升航空航天技术水平、探索未知航空科学技术领域、开展试飞员培训、降低试飞风险等方面发挥了作用。例如，先后研制和应用了轰-5和歼教-6弹射试验机，开展了中国弹射救生系统技术研究，为新型弹射救生系统的发展做出了重要贡献；先后改装了图-16发动机飞行试验台和伊尔-76发动机飞行试验台，对10多型航空发动机进行了试飞研究，成为航空发动机研发不可或缺的环节；先后研制和应用了两架变稳飞机，单自由度变稳能力的BW-1变稳飞机和三自由度变稳能力的IFSTA空中飞行模拟试验机，为新机空中模拟、飞行品质研究和试飞员培训发挥了重要作用；利用运-7、运-8、图-204和各种歼击机作为平台，研制和改装了大量的航空电子和武器火控系统试飞研究平台，为各类飞机型号研制做出了重要贡献。

除全尺寸试验机外，中国飞行试验研究院还利用缩比试验飞机开展模型自由飞试验，开展了大量的失速、尾旋以及过失速机动技术研究，极大降低了全尺寸飞机的设计和试飞风险，2019年进行了歼-10D矢量推力和过失速机动技术的飞行试验验证，取得成功。