Основными участниками воздушной части операции со стороны Североатлантического альянса стали США, Франция, Великобритания и Италия. Остальные члены НАТО (Бельгия, Канада, Дания, Греция, Нидерланды, Норвегия, Испания), принимающие участие в воздушной кампании, ограничились каждый 4—6 боевыми самолетами (преимущественно F-16, а также F/A-18) и одним или несколькими самолетами обеспечения (транспортные, заправщики, ДРЛО, базовые патрульные).
Отличительной особенностью данной интервенции по сравнению с операциями НАТО против Югославии в 1999 г. или Афганистана с 2001 г. являлась сравнительно умеренная роль США, что было вызвано политическими мотивами и обусловлено желанием выдвинуть на первый план европейских членов НАТО. Что, однако, не помешало американской компоненте быть самой многочисленной на начальном этапе. Среди ставших традиционными участников американских военных кампаний стоит выделить тех, аналоги которых отсутствуют в европейских ВВС, а именно бомбардировщики В-1В и В-2А, штурмовики А-10, ганшипы AC-130U, самолеты управления и целеуказания Е-8С, самолеты РЭБ EA-18G Growler, стратегические разведывательные БЛА Global Hawk и ударные БЛА MQ-1B Predator и MQ-9 Reaper. Кроме того, как и в других крупных операциях НАТО за последние 20 лет, американские надводные корабли и подводные лодки были основными носителями крылатых ракет, традиционно играющих важную роль в первых ударах НАТО.
Таким образом, в ряде аспектов роль США и в воздушной кампании против Ливии является одной из ключевых, а именно: обеспечение действий авиации НАТО массированным применением крылатых ракет, преимущественно морского базирования, по объектам ПВО Ливии; обеспечение действий союзников авиационными средствами разведки наземных целей и РЭБ; применение ударных самолетов с большой дальностью. Кроме того, американские силы в регионе играли роль резерва на случай непредвиденных обстоятельств.
От ВВС и ВМС (авиагруппа авианосца Charles de Gaulle, прибывшего в зону боевых действий 22 марта) Франции были задействованы 19 сухопутных и морских истребителей Dassault Rafale, 18 Mirage 2000, 6 морских ударных самолетов Super Etendard, 6 Mirage F1CR, 6 заправщиков КС-135, а также самолеты ДРЛО Е-3 и Е-2, радиотехнической разведки C-160G, вертолеты обеспечения на авианосце. Кроме того, с начала июня над Ливией начала действовать вертолетная авиагруппа с борта универсального десантного корабля Топпегге (второго УДК типа Mistral) в составе 13 Aerospatiale Gazelle, 2 Eurocopter Tiger, 4 Eurocopter Puma