广义的空军一号所指的意思是任何承载着美国总统的空军飞机，其在美国航空无线电塔台中的呼叫编号就即为“空军一号”，那就是说，即使美国总统坐在一架私人小型螺旋桨客机上，这架小飞机也会被称作“空军一号”。而狭义的空军一号，其实是指目前历任美国总统最常乘坐的两架飞机，即波音747-400改进的VC-25A型飞机，通过换装强劲的CF6-80C2B1型发动机以及对内部进行大规模改造而成。
作为美国总统专机，空军一号最需要被考虑的就是其安全性，这也是总统选择它的原因。空军一号拥有世界上最尖端的防御系统，单是飞机上的各种电缆的总长度就有380公里。
在核爆炸发生时，会产生一种脉冲强电磁辐射，这种电磁脉冲可以瘫痪电力系统和计算机系统。电磁脉冲（electromagnetic pulses，EMP）是由核爆炸和非核电磁脉冲弹（高功率微波弹）爆炸而产生的现象。核爆炸产生的丙种射线、中子流和电磁脉冲，覆盖所有频率，传播距离可达上千公里，可造成飞机的电子器材和设备瞬时或永久性失效。
空军一号安装有一套复杂而特殊的防御系统，绰号“防卫盾”，可以使空军一号抵御核爆炸产生的电磁脉冲。空军一号由波音747大型宽体客机改装，所有窗户上都安装着特殊的防爆隔离玻璃，经过特殊处理的外机身，可以抵御中程距离核弹爆炸后产生的核辐射、核尘埃、核冲击波以及核爆炸引起的脉冲电磁辐射。主要设备均安装多壳体结构或加防护罩，电子元器件都经过加固，整体屏蔽，设置滤波限幅和补偿冗余电路。空中一号的各种重要电控操作系统，都有机械备份，航电系统也采用了传统模拟式飞行仪表的备份，以防止在核战争中因为强电磁辐射而失灵。整架飞机在地面进行过抗强电磁脉冲辐射的EMP攻击测试。
空军一号还配备只有最先进战斗机和轰炸机才有的AAR-54红外/紫外导弹逼近预警系统，可以通过监测导弹尾焰发出的紫外线信号来预警和跟踪导弹的位置。AAQ-24“复仇女神”定向红外对抗系统，“斗牛士”红外干扰机，以及定向能武器系统，能够与美国陆海空天电磁的全维侦察网络融合，有效监视、干扰、迷惑和摧毁敌方的导弹袭击，并及时通知附近的美军或盟国战机提供空中支援。
另外，各种先进的防干扰雷达、反导系统和诱饵系统的存在能够避免总统座驾被敌方来袭火力击落，一旦美国遭受核打击，身处空军一号的美国总统足以通过飞机上的通讯设施来对指挥三军，飞机上与外界通讯的电话足足有87部，都经过加密处理防窃听的，这其中有28部电话是通过美国军事卫星使用最高加密级的加密密码进行信号传输的，可以做到万无一失。
