Todas las Direcciones de AESA velan permanentemente porque la seguridad del transporte aéreo se mantenga al máximo nivel, si bien las funciones relacionadas más directamente con la seguridad con que operan las compañías aéreas están encomendadas a la Dirección de Seguridad de Aeronaves.
Para ello la Agencia Estatal de Seguridad Aérea cuenta con 8 Oficinas de Seguridad en Vuelo, localizadas en los principales aeropuertos.
- Oficina del aeropuerto Madrid/Barajas (ámbito de actuación: Madrid/Barajas).
- Oficina del aeropuerto de Sevilla (ámbito de actuación: Andalucía, Ceuta, Melilla y Badajoz).
- Oficina del aeropuerto de Valencia (ámbito de actuación: Comunidad Valenciana, Murcia, Albacete y Teruel).
- Oficina del aeropuerto de Sabadell (ámbito de actuación: Cataluña, Zaragoza y Huesca).
- Oficina del aeropuerto de Bilbao (ámbito de actuación: País Vasco, Cantabria, Asturias, Navarra, Burgos y Palencia).
- Oficina del aeropuerto de Madrid/Cuatro Vientos (ámbito de actuación: Madrid, Toledo, Ciudad Real, Cuenca, Guadalajara, Ávila, Valladolid, Soria, León, Zamora, Salamanca, Segovia, Cáceres y Galicia).
- Oficina del aeropuerto de Palma de Mallorca (ámbito de actuación: Baleares).
- Oficina del aeropuerto de Las Palmas (ámbito de actuación: Canarias).

Estas Oficinas de Seguridad en Vuelo realizan el trabajo de campo sobre el terreno, especialmente en el campo de las inspecciones relacionadas con la verificación de las tareas de mantenimiento y la aeronavegabilidad. Sus principales responsabilidades corresponde con:
- La emisión de los certificados de aeronavegabilidad y documentación técnica de las aeronaves.
- La ejecución de las inspecciones de aeronavegabilidad continuada a las compañías de transporte y de trabajos aéreos.
- Aprobación de las listas de equipo mínimo (MEL) y programas de mantenimiento.
- La emisión y modificación de las autorizaciones de los Centros de Mantenimiento aeronáuticos y Organizaciones de Gestión del Mantenimiento de la Aeronavegabilidad.
- La emisión a las compañías aéreas de algunas aprobaciones para operaciones especiales.
El control del cumplimiento de los requisitos exigidos a las compañías aéreas para la emisión y vigencia de su Certificado de Operador Aéreo (AOC).