Tùy theo chức năng từng loại tàu chiến đấu, tuần tra và tàu bảo đảm mà các nhà thiết kế bố trí trên tàu một bệ hay nhiều bệ pháo phòng không với số nòng và cỡ nòng khác nhau. Phần lớn các loại pháo phòng không được lắp ở phần mũi, phần lái của tàu và hai bên mạn tàu. Các tàu chiến hiện đại trang bị pháo phòng không với hệ thống ra-đa trinh sát, bắt bám mục tiêu và điều khiển hỏa lực tiên tiến, cho phép phản ứng nhanh với nhiều loại mục tiêu trên không. Hệ thống pháo phòng không trên tàu AK-725 hai nòng, cỡ 57mm của Nga sử dụng ra-đa điều khiển hỏa lực MR-103, cự ly bắn lớn nhất tới 13,2km, tầm hiệu quả 9km, tiêu diệt mục tiêu ở độ cao đến 6km. Nga còn thiết kế lắp trên tàu chiến đấu và tuần tra các loại pháo hạm phòng không tiên tiến AK-726, AK-230, AK-176/176M, AK-100, AK-130, AK-306... có cỡ nòng từ 30mm đến 100mm, sử dụng ra-đa điều khiển hỏa lực, có tầm bắn xa. Gần đây, Nga đang triển khai đóng tàu chiến đấu lớp Yastrev thuộc Dự án 1154, có lượng giãn nước 4.400 tấn, trang bị pháo phòng không 100mm sử dụng ra-đa ba chiều MR-760, tầm bắn hiệu quả 20km.
Hải quân các nước đặc biệt chú trọng đến hệ thống pháo phòng không khi triển khai các dự án đóng tàu mới bởi tính hiệu quả của chúng trong tác chiến chống tên lửa hành trình. Ma-lai-xi-a mới trang bị cho hải quân các tàu chiến đấu lớp Lekiu-F2000, lắp các loại pháo phòng không 57mm MK-3 Oto Melara và pháo phòng không hai nòng 30mm MSI-DS30; tàu Meko-A100 trang bị một pháo 100mm và hai pháo 30mm. Hãng đóng tàu DCN (Pháp) đã xuất khẩu sang nhiều nước thế hệ tàu chiến đấu cao tốc hiện đại, trong đó có tàu frigat lớp La Fayette. Tàu trang bị hệ thống pháo phòng không 76mm cùng với tên lửa phòng không Aster-15/30 tiên tiến. Hãng chế tạo vũ khí Bô-pho (Thụy Điển) đã thiết kế chế tạo các kiểu loại pháo phòng không trên tàu tiên tiến các cỡ nòng 30mm, 57mm, 76mm và 100mm để lắp cho các tàu chiến hiện đại của Thụy Điển, hải quân các nước thuộc khối NATO và các nước khác. Pháo phòng không 57mm Mark-III của Hãng Bô-pho trang bị cho tàu chiến đấu tàng hình Visby của Thụy Điển, không chỉ đáp ứng yêu cầu phòng không mà còn bảo đảm khả năng chống sự phát hiện bởi các phương tiện quan sát, trinh sát của đối phương.
Nâng cao tốc độ bắn của pháo phòng không trên tàu được các nhà thiết kế, chế tạo vũ khí rất chú trọng. Cũng giống như các hệ thống pháo phòng không mặt đất, tốc độ bắn là một trong những yếu tố quyết định tiêu diệt mục tiêu, bảo đảm hiệu quả tác chiến phòng không. Pháo tàu có thiết kế cấu tạo khác biệt với cơ cấu ổn định bắn và chống rung lắc do sóng và sự cơ động của tàu. Điều đó khiến việc nâng cao tốc độ bắn cho pháo không phải dễ dàng. Nga là nước dẫn đầu về thiết kế, nâng cao tốc độ bắn của pháo tàu. Từ hệ thống pháo AK-230 hai nòng, dùng để tiêu diệt các mục tiêu trên không cự ly 4km, có tốc độ bắn 2.100 phát/phút, đến hệ thống pháo AK-630/630M và AK-630M1-2 có 6 nòng, tốc độ bắn tới 5.000 phát/phút. Pháo hạm AK-630 đã trang bị cho tàu khu trục Sovremenny. Mỹ phát triển pháo hạm 6 nòng MK-15 cỡ nòng 20mm Bulkan-Phalanx, tốc độ bắn 4.200 phát/phút. Các pháo phòng không trên hạm cỡ nòng lớn cũng đang được phát triển với tốc độ bắn ngày càng lớn hơn. Hãng Bô-pho đã phát triển pháo tàu 57mm MK-110 và MK-295, có tốc độ bắn 220 phát/phút. Pháo AK-176, cỡ nòng 76mm đạt tốc độ bắn từ 120 đến 130 phát/phút. Các loại pháo tàu cỡ nòng 100mm trở lên của Nga như AK-100, AK-190E, AK-130 có tốc độ bắn từ 30 đến 80 phát/phút, cự ly tiêu diệt mục tiêu tới 20km.
Kết hợp những ưu điểm của pháo phòng không mặt đất, các nhà thiết kế vũ khí đã nghiên cứu ứng dụng để lắp lên tàu chiến đấu. Hải quân nhiều nước đã cải tiến các loại pháo cao xạ 37mm, 57mm để trang bị cho tàu chiến, trong đó có tính toán hiệu chỉnh lượng bắn, các bài toán bắn và thiết kế hệ thống ổn định cho pháo trên tàu. Để phát huy hiệu quả phòng không, pháo tàu được sử dụng kết hợp với tên lửa và các loại vũ khí trên hạm khác. Hải quân Hà Lan đã ứng dụng hệ thống vũ khí Goalkeeper sử dụng pháo 76mm Oto melara và tên lửa phòng không MICA lắp trên tàu chiến Sigma 10531. Tàu chiến đấu Formidable của Hải quân Pháp sử dụng pháo 76mm Oto Melara kết hợp tên lửa phòng không Aster-15/30. Tàu chiến đấu Yastrev của Nga kết hợp pháo tàu với các hệ thống tên lửa phòng không tầm gần 9M-311, 9M-330 tạo nên các tầng hỏa lực mạnh, đủ sức tiêu diệt các mục tiêu bay trong phạm vi 50km. Sự kết hợp các hệ thống hỏa lực trên tàu không chỉ bảo đảm khả năng phòng không hiệu quả mà còn bảo vệ an toàn tàu từ mọi hướng, tạo điều kiện cho lực lượng hải quân hoàn thành tốt nhiệm vụ tác chiến trên biển.