Embora muitos números de voo possam parecer aleatórios, há definitivamente um método por trás dessa loucura. As companhias aéreas individuais criam seus próprios números com base em metodologia interna, mas devem coordenar seus esforços com outras companhias aéreas para evitar confusão nas torres de controle de vôo. A United Airlines e a American Airlines, por exemplo, não podem ter dois aviões chegando com números de voos semelhantes chegando ao mesmo tempo. As companhias aéreas são administradas pela International Air Transport Association (IATA), e muitas vezes cabe à IATA aprovar essas designações antes que possam ser implementadas por uma companhia aérea.
Muitos números de voo são atribuídos de acordo com a direção geral do próprio voo. Os aviões que vão para o leste ou norte geralmente recebem números pares, enquanto os aviões que vão para o oeste ou sul recebem números ímpares. Os voos de volta geralmente são atribuídos àqueles que são um número a mais do que o voo de partida, para que os passageiros possam lembrar facilmente qual voo de volta tomar. Por exemplo, a fictícia Spiegato Airlines pode ter um voo de Nova York para Las Vegas com partida ao meio-dia. Como está viajando para o oeste, pode ser designado como vôo 711. O vôo da Spiegato Airlines de Las Vegas de volta para Nova York provavelmente se chamaria vôo 712. Ambos os números de vôo teriam que ser aprovados pela IATA, caso acontecesse ser um voo 712 existente da United Airlines também chegando a Nova York naquela época.
As companhias aéreas também atribuem números de voo de acordo com um conjunto de parâmetros acordados. Uma grande companhia aérea pode concordar em limitar suas opções possíveis a 1-499. Outra companhia aérea, possivelmente uma transportadora menor trabalhando com a grande companhia aérea, poderia ter 500-749. Outra grande companhia aérea pode ter números de 750-1000 e assim por diante. Por meio de uma prática chamada compartilhamento de código, as companhias aéreas regionais menores, trabalhando em conjunto com as grandes companhias aéreas, coordenam seus números para evitar confusão e designar o voo como um esforço conjunto. Algumas companhias aéreas também designam números de voos de acordo com o destino do avião ou o tipo de passageiros que ele transportará. Os voos domésticos, por exemplo, podem ter números de dois dígitos, enquanto os voos internacionais podem ter três dígitos. Essa prática varia de empresa para empresa, mas geralmente são consistentes. Os voos fretados podem ter números especiais que permitem instantaneamente que os funcionários da companhia aérea os reconheçam.
Atribuir números de voos não é só um negócio, no entanto. As companhias aéreas podem, dentro do razoável, designar aviões com números significativos ou caprichosos. Um vôo para São Francisco, por exemplo, pode receber um como 49 ou 1849 como uma homenagem à famosa Corrida do Ouro de 1849. Uma companhia aérea prestando serviço para a Filadélfia pode selecionar 1776 ou 76, refletindo o papel histórico daquela cidade na formação do Estados Unidos. Alguns voos para cidades-cassino como Las Vegas ou Reno, em Nevada, podem ter números com 7 e 11 para dar sorte. Desde que a companhia aérea não viole os regulamentos da IATA relativos aos números dos voos, ela pode selecionar os números por motivos próprios. Esses números também podem ser alterados se se tornarem controversos, como no caso do voo 11 da American Airlines, que caiu no World Trade Center em 11 de setembro de 2001. Quando os privilégios de voo comercial foram restaurados, a companhia aérea mudou o voo 11 para o voo 25.