KC-135A“同温层油船”，早在1954年就完成首次试飞，至今仍是世界上唯一一种专为空中加油而设计的专用加油机。
KC-135采用的是伸缩杆式加油设备，加油时操作员俯卧在加油机尾部地板上，把伸缩的延伸管引入受油机的受油嘴。这种加油机的最大载油量为118100升，供油量75700升，加油速度为3400升/分钟，最大航程可达14400千米。这种加油系统的优点是，对大气紊流不太敏感，这在低空加油时尤为有利，且输油速度比锥套式快得多。
其缺点是，一次只能给一架飞机加油，而且不能给装有受油探管的飞机加油。截至1988年，波音公司为美国空军制造了732架KC-135A，至今仍有619架在空军服役。
1988年，美国着手一项将KC-135A改为KC-135R的改进计划，以使KC-135能服役到2020年以后，届时有的KC-135服役期将长达60年以上。