Pour préparer la conquête spatiale, il s’est avéré nécessaire de recréer l’état d’apesanteur sans aller dans l’espace. Même si des animaux récupérés sains et saufs témoignaient que la vie en apesanteur était possible, les scientifiques manquaient en effet de certitudes quant aux capacités de l’organisme à s’adapter et à fonctionner en impesanteur. Ce moyen sera, à partir des années 1950, le vol parabolique en avion.
Dès les années 1950, on met au point une manœuvre aérienne particulière, dite manœuvre parabolique, qui permet de reproduire de courtes périodes d’apesanteur pouvant durer selon l’avion 0 g utilisé jusqu’à 30 secondes.
Les premiers appareils effectuant ces vols paraboliques en gravité zéro étaient des avions de chasse ou d’entraînement biplaces (T-33, F-89, F-94C). Ce sont des pilotes ou des passagers expérimentateurs sanglés sur leur siège qui vont réaliser les premiers tests en apesanteur sur eux-mêmes. De nombreuses données sont accumulées sur la physiologie humaine en situation de microgravité (orientation, illusions, respiration, système cardio-vasculaire, performance motrices et cognitives, etc.) Les premiers astronautes s’entrainent à bord de tels avions : aux Etats-Unis, John Glenn et les astronautes du programme Mercury, en Union Soviétique Yuri Gagarine et les cosmonautes du programme Vostok. Toutefois, les possibilités d’expérimentation à bord des cockpits de ces avions sont limitées par le peu de place disponible.
A partir des années 1960, des avions plus gros vont être utilisés pour effectuer les vols en apesanteur : Convair C-131 puis KC-135 aux Etats-Unis, Tu-104 AK puis Ilyouchine 76-MDK en URSS. Jusqu’à plusieurs dizaines de passagers peuvent prendre place dans de larges cabines, où l’on embarque aussi du matériel scientifique.
Ceci donne un véritable essor aux vols paraboliques, qui étaient jusqu’alors assez rudimentaires : désormais les scientifiques vont y participer, élargissant les recherches menées en apesanteur à de nombreuses disciplines (physique fondamentale, physique des fluides, biologie et physiologie humaine et animale, technologie, etc). Ces avions deviennent de véritables laboratoires scientifiques volants. Les vols se multiplient, cumulant plusieurs jours d’apesanteur au total.
La France est pionnière pour les vols paraboliques en Europe : le Centre national d’études spatiales (CNES) et le centre d’essai en vol (CEV) effectuent à partir de 1989 des vols paraboliques avec une Caravelle VI-R sous l’impulsion des astronautes Jean-François Clervoy et Jean-Pierre Haigneré à l’origine du projet.
Le CNES en confie la commercialisation à sa filiale Novespace : les premières campagnes de vols paraboliques scientifiques sont organisées pour les Européens, qui gagnent ainsi leur indépendance dans ce domaine. Quand la Caravelle cesse de voler en 1995, elle a effectué plus de 40 campagnes de vols scientifiques, cumulant plus de 4000 paraboles et 24 heures d’apesanteur. Elle est remplacée par l’Airbus A300 Zero G qui va être exploité pendant 17 ans par Novespace. Quand il cesse de voler en 2014, il a effectué 102 campagnes de vols scientifiques et 6 vols de découverte de l’apesanteur. Il totalise plus de 13 000 paraboles et cumule 72 heures d’apesanteur.
En avril 2015, Novespace débute l’exploitation de son troisième avion, l’Airbus A310 Zero G.
En 2017, seuls trois avions de ligne dans le monde réalisaient des vols en apesanteur, le plus gros étant l’Airbus A310 Zero G en France. Des avions plus petits, généralement des avions d’affaires, sont aussi opérés pour des vols paraboliques dans d’autres pays comme le Japon, le Canada, les Pays-Bas.
L’époque actuelle est marquée par l’ouverture des vols paraboliques aux particuliers et aux entreprises non spatiales qui peut dorénavant, lui aussi, découvrir les joies de l’apesanteur. Cette expérience est possible à Bordeaux-Mérignac (France), où Novespace organise les vols Air Zero G de découverte de l’apesanteur depuis 2013. Ces vols sont commercialisés par le premier courtier aérien français, Avico.
Des sociétés privées peuvent aussi réserver des vols paraboliques pour des besoins spécifiques (événements d’entreprise, tournage de films en apesanteur, etc.)