Les missions du mécanicien avion s'organisent autour de deux grands axes : la maintenance en ligne (sur le tarmac, entre deux vols) et la maintenance en base (en atelier, lors de visites programmées de longue durée). En maintenance en ligne, le technicien réalise les contrôles pré-vol et post-vol, vérifie les niveaux de fluides (huile, hydraulique, carburant), contrôle l'état des trains d'atterrissage, des pneumatiques, des surfaces de vol et des moteurs. Il traite les comptes-rendus matériel signalés par l'équipage et effectue les dépannages nécessaires dans des délais souvent très serrés.
En maintenance en base, les interventions sont plus lourdes et plus longues. Elles incluent la dépose et la repose de moteurs, le remplacement de composants structurels, la révision complète de systèmes hydrauliques ou pneumatiques, la mise à jour des calculateurs et logiciels embarqués, et les inspections structurales approfondies (contrôles non destructifs par ultrasons, courants de Foucault, ressuage). Le mécanicien suit scrupuleusement les procédures définies par le constructeur (AMM — Aircraft Maintenance Manual) et la réglementation EASA (European Union Aviation Safety Agency).
Le mécanicien avion est généralement spécialisé dans un domaine précis : cellule et structure, moteurs (turbines, réacteurs), systèmes avioniques (instruments de bord, systèmes de navigation, communication et radar), ou systèmes mécaniques (commandes de vol, trains d'atterrissage, systèmes hydrauliques). Cette spécialisation s'approfondit au fil de la carrière et conditionne les types d'habilitations détenues.