Mitte der 1940er Jahre erreichten die Hochleistungsjagdflugzeuge im Sturzflug den schallnahen Bereich und sahen sich Effekten durch die Kompressibilität der Luft ausgesetzt. Um diese Effekte zu verstehen, riefen die US Army Air Force und die US Navy jeweils eigenständige Forschungsprogramme ins Leben. Die Army Air Force sowie die US Air Force als deren Nachfolger führten für diese Forschungsflugzeuge die Designation X (für Experimental) ein. Diese Flugzeuge werden daher häufig auch kurz X-Planes genannt. Im Laufe der Jahre gab es die verschiedensten Typen, die sich nicht mehr nur noch mit der Aerodynamik im schallnahen Bereich, sondern auch mit anderen Fragestellungen befassten. Die wichtigsten Typen seien hier aufgezählt:
 
Die Bell X-1 diente seit 1946 Forschungen im schallnahen und niedrigen Überschallbereich. Bekannt wurde sie dafür, dass mit ihr und Chuck Yeager am Steuer im Oktober 1947 erstmals die Schallmauer im Horizontalflug durchbrochen wurde.

Mit der Bell X-2 wurden Forschungen im hohen Überschallbereich durchgeführt. Die Maschine war das erste Flugzeug, das dreifache Schallgeschwindigkeit (Mach 3) erreichte.
Die Douglas X-3 wurde für Forschungen im schallnahen Bereich verwendet. Insbesondere wurden auch Effekte bei Flügeln mit kurzer Streckung untersucht, wie sie z.B. auch die Lockheed F-104 aufwies.
Die Northrop X-4 Bantam war ein Forschungsflugzeug für eine schwanzlose Konfiguration.
Mit der Bell X-5 wurden Flügel variabler Geometrie ("Schwenkflügel") erprobt. Sie war im wesentlichen eine vergrößerte Ausführung der erbeuteten Messerschmitt P.1101.
Mit der Convair X-6 wollte man die Möglichkeiten ausloten, Großflugzeuge mit einem atomaren Antrieb auszustatten.
Die Ryan X-13 war ein auf dem Heck sitzender Senkrechtstarter mit Strahlantrieb.
Die Bell X-14 war ein strahlgetriebener Senkrechtstarter mit kaskadierten Schubdüsen.
Die North American X-15 diente Forschungen im Hyperschallbereich. Sie ist bis heute noch immer das schnellste je geflogene bemannte Flugzeug.
Die Hiller X-18 war ein propellergetriebener Senkrechtstarter, bei dem der komplette Flügel samt Motorgondeln gekippt werden konnte.
Bei der Curtiss-Wright X-19 dagegen konnten nur die Motorgondeln gekippt werden, ähnlich der heutigen Bell/Boeing V-22.
Mit der Northrop X-21 wurden Forschungen zur Grenzschichtbeeinflussung angestellt.
Die Bell X-22 war ein Senkrechtstarter mit schwenkbaren ummantelten Propellern.
Die Martin/Lockheed X-24 waren als Auftriebskörper ausgebildet und dienten der Untersuchung der Aerodynamik u.a. des späteren Space Shuttles.
Mit der Grumman X-29 wurden aerodynamische und aeroelastische Effekte an vorwärts gepfeilten Flügeln untersucht.
Die Rockwell/MBB X-31 diente der Erforschung von Schubvektorsteuerung und der Aerodynamik bei hohen Anstellwinkeln. Sie ist bis heute das einzige X-Flugzeug, das in internationaler Kooperation entstand und betrieben wurde.

Die Boeing X-32 und Lockheed Martin X-35 waren Technologieträger für einen neu zu entwickelnden Jagdbomber u.a. mit Senkrechtstartfähigkeit. Letzterer Entwurf wurde ausgewählt und als F-35 in die Serie überführt.
 
Daneben wurden auch viele Raketen, Raumflugkörper und unbemannte Flugkörper mit einer X-Designation versehen.
 
 
Die US Navy verwendete bis 1962 ein eigenes Bezeichnungssystem für ihre Experimentalflugzeuge. Bekannte X-Planes (obwohl sie nicht so hießen) der Navy waren:
 
Die Bell L-39 diente der Erforschung der Aerodynamik von gepfeilten Flügeln, insbesondere im Langsamflug.
Mit der Douglas D-558-1 Skystreak wurden Forschungen im schallnahen Bereich betrieben.

Mit dem Nachfolger Douglas D-558-2 Skyrocket erweiterte man diese Experimente in den Überschallbereich hinein. Sie war das erste Flugzeug, das doppelte Schallgeschwindigkeit (Mach 2) erreichte.