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一級方程式的歷史可以追溯到20世紀20和30年代間的歐洲格蘭披治大賽。國際汽聯（FIA）制定了一系列的標準化的規則標誌着一級方程式的開始。1950年誕生了第一位車手世界冠軍——埃米利奧·朱塞佩·法里納。這項運動的發展歷程和它的賽事規則發展基本上是同步的。雖然世界錦標賽冠軍一直是該項運動的主要焦點，然而非世錦賽賽事仍然舉行了許多年。但是由於運營成本不斷地上漲，大量的非世錦賽賽事逐漸被取消，最後一場非世錦賽賽事發生在1983年（國家級的大獎賽在20世紀60和70年代在南非和英國較為廣泛地存在）。
1946年國際汽聯下屬的體育國際委員會（Commission Sportive Internationale，簡稱CSI，是FISA的前身）第一次對F1進行了一些規定，作為在世界各地的賽車運動，成為有效在1948年的單人座賽車類別。F1最初並沒有官方名稱，人們稱他為A級方程式（Formula A）、I級方程式（Formula I）或一級方程式（Formula 1），因此規模較小的被稱為B級方程式（Formula B）、II級方程式（Formula II）或二級方程式（Formula 2）。但是當500ml級的比賽被廣泛地稱為三級方程式（Formula 3）而非C級方程式（Formula C）時，其它三個國際方程式比賽也就被「官方」命名為一級方程式（Formula 1）、二級方程式（Formula 2）、三級方程式（Formula 3）。[1]
最初，方程式賽車的規則廣泛地依靠戰前對引擎的相關規定。這一規定希望可以維持增壓發動機和自然吸氣發動機之間的平衡。規則允許配備4.5升自然進氣引擎的戰前大獎賽賽車和配備1.5升增壓發動機的戰前大獎賽賽車同場競技，但是配備3升增壓發動機的戰前大獎賽賽車不被允許參加比賽。在新規則的要求下舉辦的的第一場比賽是舉辦於9月1日的1946年都靈大獎賽，比賽獲勝人是駕駛阿爾法·羅密歐 158的阿希爾·瓦爾茲。
一開始，賽事並未向車手或車隊提供冠軍的榮譽。在早期的幾年間，雖然很多比賽並不被認為是重要的，但是歐洲每年大約仍會舉辦20場賽事。最具競爭力的汽車來自意大利，特別是阿爾法·羅密歐。[2]戰前的賽車英雄例如阿希爾·瓦爾茲、讓·皮埃爾·維米勒和塔吉奧·諾瓦拉里結束了他們的賽車事業，但是像阿爾貝托·阿斯卡里和胡安·曼努埃爾·范吉奧這樣的優秀賽車手逐漸走向了他們的事業巔峰。
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1950年,作為對於1949年開始舉辦的世界摩托車錦標賽的回應，國際汽聯（FIA） 決定在F1的規則下舉辦一屆正規的大獎賽賽事。賽事主要包括6場最主要的歐洲大獎賽賽事再加上印第安納波利斯500[3]，這只是對之前已經舉辦多年的一些賽事進行正規化。意大利的汽車製造商例如阿爾法·羅密歐、法拉利，和瑪莎拉蒂主宰了最初幾年的比賽。其他國家的汽車製造商 例如法國的汽車製造商塔爾博特和英國的汽車製造商BRM雖然也付出了巨大的努力，但是並不是特別成功。另外，一些私人車輛也來參加在黨地舉辦的賽事。意大利和德國的車隊一般僱傭2到3名本國車手外加一名外籍車手 ，例如 1950 年阿爾法·羅密歐車隊就包括3位意大利車手朱塞佩·法里納、路易吉·法吉奧里 和皮耶羅·塔羅夫和阿根廷車手胡安·曼努埃爾·范吉奧。
阿爾法·羅密歐車隊在1950年的比賽中占據了統治地位，幾乎贏下了每一場的比賽，唯一的例外是印第安納波利斯500，雖然這場比賽並不依照F1的規則，但是這仍是全年比賽的一部分。印第500比賽對於F1來說逐漸變得不太重要，最終在1960年，印第500不再是F1比賽的一部分了。朱塞佩·法里納成為了第一位F1世界冠軍，范吉奧駕駛着阿爾法·羅密歐 159贏得了1951年的車手世界冠軍。阿爾法·羅密歐的引擎當時非常的優秀，1951年的159引擎可以產生420 bhp（310 kW），但是耗油量也頗多（每百千米125-175L燃油）;[4]
恩佐·法拉利（一戰前曾經為阿爾法·羅密歐車隊車 手）逐漸發現的1.5升增壓引擎是一條死胡同：油耗的增加意味着需要隨車攜帶更多的燃料或者浪費更多的時間在維修區加油。於是在1950年之後，他將車隊 的1.5L增壓發動機 125s送進了博物館，使用4.5升自然吸氣發動機 375s。因為375s發動機的油耗非常低（每百千米耗油35升），法拉利車隊在1951年後期對阿爾法·羅密歐車隊造成了巨大的威脅。
國際汽聯在1952年時處於一個非常尷尬的境地，因為它宣布當前F1規則將在1954發生巨大變動，最主要的便是使用2.5L自然吸氣發動機。結果很明顯，製造商不願意為兩年的比賽研發設計一款新的賽車，結果大部分製造商達成一項協議--在這兩年按照F2的規則比賽。本來，各車隊達成該項協議是為了撼動阿爾法·羅密歐車隊在F1的統治地位，使比賽變得更加激烈，但是法拉利車隊異軍突起，旗下車手阿爾貝托·阿斯卡里奪得這兩年（1952,1953）的F1車手世界冠軍。法拉利的方程式賽車在非冠軍賽賽事中也取得了非常好的成績。有人諷刺地說，對於各家F1車隊來說，唯一適合的比賽便是印第安納波利斯500。
如果不考慮印第安納波利斯500，F1比賽在1953年設立阿根廷大獎賽之前一直是在歐洲比的。從那以後，至少有一站比賽是在歐洲之外。
按照計劃，世界錦標賽賽事在1954賽季按照F1規則開始比賽，使用的是2.5升自然吸氣發動機。與此同時，藍旗亞和梅賽德斯·奔馳來到比賽之中，兩家都雇用了當時最好的車手。藍旗亞僱傭了 阿爾貝托·阿斯卡里,奔馳僱傭了胡安·曼努埃爾·范吉奧。配備連控軌道閥、燃油噴射、鎂合金零件，"精簡"車身和其他的高級功能的全新奔馳在1954賽季的第四場比賽就由范吉奧贏得了分站賽冠軍。
梅賽德斯車隊與胡安·曼努埃爾·范吉奧在接下來的兩年裡贏得了除了三場比賽意外的所有比賽然而在1955年賽季結束之後，梅賽德斯車隊突然退出賽車業。梅賽德斯·奔馳在短短兩年時間裡便證明了自己技術的優越性。由於發生在勒芒的那一場災難性的事故--1955年勒芒慘劇,奔馳決定退出F1四十年。[5]在這一場事故之後，3場比賽被取消了。
1955年摩納哥大獎賽時，阿爾貝托·阿斯卡里駕駛着藍旗亞衝出賽道落海，但是阿斯卡里被救出來時狀態依然很好。然而好運卻沒有長時間的罩着阿斯卡里，不久之後，他在蒙扎賽道測試法拉利賽車時，竟離奇地撞車魂歸故土。因此，藍旗亞跟着梅賽德斯·奔馳離開了F1，將其引擎、汽車、信息和技術留給了法拉利。
1956賽季，胡安·曼努埃爾·范吉奧利用脫胎於藍旗亞的法拉利賽車取得了他第四個世界冠軍。1956賽季，他駕駛着瑪莎拉蒂賽車贏得了他第五個世界冠軍，這一紀錄直到46年後才由邁克爾·舒馬赫打破。[6]
雖然基本規則在1958年維持不變，但是比賽里程從大約500公里減少到300公里，並且汽車必須使用航空汽油而不是由各種燃料混合的使用甲醇作為主要原料的燃料。
1958 年是第一次頒發車隊世界冠軍榮譽。前六輛完賽的賽車會被分授8,6,4,3,2,1分（與車手積分不同，在車手積分系統中，最快單圈也會獲得積分）。而且 車隊只會獲得分數較高那輛車的積分，例如一個車隊的兩部車分別以第一和第二的成績完賽，那麼他們只會活的8分，第三名的車隊獲得4分。
在胡安·曼努埃爾·范吉奧退役之後，麥克·霍索恩代表法拉利車隊贏得了1958年的車手世界冠軍--成為第一個獲得F1世界冠軍的英國人。 英國車隊范沃爾車隊獲得了第一個車隊世界冠軍，但他們卻因此輸掉了車手世界冠軍，儘管斯特林·莫斯的積分高於麥克·霍索恩（詳見一級方程式積分系統）。 這一賽季斯特林·莫斯也表現非常優秀的體育精神：葡萄牙大獎賽結束時，麥克·霍索恩的成績被認為是無效的，斯特林·莫斯在這個時候堅定地為他辯護。這件事 的起因是這樣的：麥克·霍索恩走錯了方向，於是他開始掉頭，賽後斯特林·莫斯為麥克·霍索恩這一行為辯護使得霍索恩得到了該站積分，這也使得特林·莫斯失 去了該賽季車手世界冠軍。這一賽季中的比利時大獎賽也出現了第一位女F1車手瑪麗亞·特雷薩·德菲里皮斯。[7]
1958年對於一級方程式賽車來說是一個分水嶺。各車隊採取了很多措施來減小法拉利車隊和瑪莎拉蒂車隊的領先優勢。斯特林·莫斯駕駛配備2升考文垂﹒頂點直列四缸中置引擎的庫伯賽車贏得了1958年阿根廷大獎賽的冠軍。這也是將引擎放在車手後方的賽車的第一次勝利。[8]在接下來的摩納哥大獎賽,庫伯車隊再一次贏得了冠軍。由於發動機的功率不高，庫伯車隊在1958年還不是一支顯眼的車隊。但是隨着2.5升考文垂﹒頂點引擎的允許使用，這家小小的英國汽車廠商車隊立刻統治了整個比賽。於是，1959賽季便成了中置引擎革命的開始。在該賽季，澳大利亞車手傑克·布拉漢姆和斯特林·莫斯為爭奪車手世界冠軍而產生了非常激烈的競爭。最終布拉漢姆奪得第一，莫斯獲得第二。
1960年，雖然恩佐·法拉利表現出較為保守的態度並聲稱"馬是拉車而不是推車"。但後來者被證明是用來欺騙對手的小把戲：在同一時間法拉利車隊為1961賽季設計了引擎中置的 F2和F1賽車。在1960賽季，法拉利的前置引擎賽車很快便被庫伯車隊的中置引擎賽車所擊敗。此時，所有人都明白中置引擎才是未來F1發展的出路。蓮花車隊和BRM各自推出了引擎中置的賽車。切換到蓮花 18 機箱的沃克的團隊。此時已轉會至蓮花車隊的斯特林·莫斯在摩納哥站為蓮花贏得了其以一座分站賽冠軍獎盃，但是莫斯在比利時遭遇了嚴重的車禍使得她的額該賽季報銷。於是傑克·布拉漢姆贏得了他第二個車手世界冠軍的榮譽。但是斯特林·莫斯還是奪得了該賽季的最後一站--美國站的冠軍。
在1961，國際汽聯試圖控制F1賽事的速度，於是規則要求發動機排量需小於1.5升且不可以使用增壓器。（本質上便是當時F2的規則）。法拉利本可以使用其非常優秀的F2賽車，但是法拉利更傾向於設計一輛採用氣缸角度為120°的V6發動機的新賽車，這邊是他們第一輛中置後驅賽車法拉利 156F1。更大馬力且更具效力的引擎使得法拉利統治了該賽季，最終美國車手菲爾·希爾贏得了當年的車手世界冠軍。但是他的隊友沃爾夫岡·范·特利普斯在發生在意大利大獎賽的慘烈事故中喪生。
在20世紀50、60年代，世界一級方程式錦標賽只是依照F1規則比賽的眾多賽事中的冰山一角。賽事的數量和世界冠軍制度引入之前的比賽數目大致相當，這其中有許多非常著名的比賽，例如波城大獎賽和錫拉庫扎大獎賽、英國車手俱樂部國際杯賽事、車王錦標賽、奧爾頓公園國際金杯賽。雖然這些比賽並不是世錦賽賽事，但是仍能吸引頂級車手和車隊來參加。
1962年，蓮花車隊使用搭載新的考文垂·頂點FWMV V8發動機的蓮花25參加比賽。該車有一個鋁製的硬殼式底盤而非傳統的空間構架設計。事實證明，這是繼中置引擎的推出之後賽車屆取得的又一大技術突破，但是蓮花的賽車在一開始並不穩定。那一年，駕駛蓮花賽車的吉姆·克拉克未能戰勝駕駛BRM賽車的格拉漢姆·希爾，最終獲得年終第二。
當賽車和引擎變得穩定之後，吉姆·克拉克和蓮花的時代開始了。克拉克在三年中贏得兩座世界冠軍獎盃（1963,1965）[9][10]。其中在1965年，吉姆·克拉克同時贏得了世界冠軍和印第安納波利斯500，這使得他成為唯一一位在同一年贏得F1世界冠軍和印第 500的車手。1964年，蓮花推出了新的蓮花 33。與此同時，法拉利為贏得冠軍也採用了相當多的新技術並投入大量的資金。法拉利在一個賽季使用了超過3種引擎--V6引擎，V8引擎和一台直列12缸引擎，而當時蓮花生產一輛新車都非常困難。。這使得約翰·蘇爾特斯和法拉利車隊贏得了該年的冠軍。尤其值得稱道的是約翰·蘇爾特斯，因為他成為了唯一一位贏得F1世界冠軍和摩托車世界冠軍的車手[11]。1965年的墨西哥大獎賽 是1.5升自然吸氣引擎在一級方程式的最後一場比賽，里奇·金塞爾為本田在賽季臨近結束之時贏得首場勝利。這是日本車隊在F1的第一場勝利，也是橫置引擎在F1中的唯一一場勝利。
1966年，F1規則再一次變化，允許使用3.0升自然吸氣發動機或1.5升機械增壓發動機，這使得該年對大部分車隊都是適應規則的一年。然而，一種新技術在這一年出現，並且這種新技術對整個賽車運動的發展產生了非常深遠的影響：複合材料。由羅賓·赫德設計的邁凱倫M2B使用鋁-木層壓材料（Mallite）來做它的硬殼式底盤，但是這輛車並沒有用好這種新材料。
大概是因為法拉利車隊過度的自信，法拉利車隊非常熱衷於在賽車中使用3.0升V12引擎，但時這種賽車的重量過大以致成績受到了一定的影響。後來法拉利又使用增大的V6引擎，但是約翰·蘇爾特斯因為與車隊經理的矛盾而在賽季中期離開車隊使得成績大受影響。考文垂·頂點又在這一年退出了F1,使得蓮花車隊等車隊使用老舊的頂點發動機的增大版本。庫伯車隊轉而發展20世紀50年代瑪莎拉蒂為瑪莎拉蒂 250F設計研發的瑪莎拉蒂V12引擎，而BRM開始設計既重又複雜的H-16。這一年的最大贏家便是當年的世界冠軍傑克·布拉漢姆，其所在的布拉漢姆車隊使用既輕又緊湊的瑞帕克V8引擎更是連續兩年贏得年度車隊冠軍（發動機總功率小於330bhp）[12]。瑞帕克的V8引擎的功率在3升引擎中是最低的，但是它和其它發動機不同的是它更加的輕便、穩定、使用。1966年是傑克·布拉漢姆的一年，但是1967年變成了他的隊友新西蘭車手丹尼·哈默的一年。
1967年，蓮花使用了配備考斯沃斯DFVV8引擎的蓮花 49。與瑞帕克一樣，考斯沃斯的發動機輕且緊湊，但它是一個真正使用4氣門雙頂置式凸輪軸的賽車發動機。考斯沃斯的目的輸出400 bhp（300 kW），該發動機第一次運行時就已經超過了該數據[13]。這允許查普曼設計出單體殼結構的賽車，當時的布拉漢姆車隊的駕駛座仍在使用非常經典的管狀支架結構來支持發動機、變速箱和後懸架叉骨禽的硬殼。全新的DFV引擎因為過度的震動而導致故障頻繁，這迫使凱斯·達克沃斯重新設計賽車的幾個部分，並使得丹尼·哈默再次贏得車手世界冠軍。
1967年還看到了一個了不起的結果由羅得西亞車手約翰·洛夫駕駛一輛使用2.7升頂點發動機的庫伯賽車。洛夫雖然被認為是非洲南部最優秀的車手，但是並不是一個大明星。他在當年的南非大獎賽上獲得亞軍。洛夫駕駛過時的庫伯賽車本來是為了參加短程的塔斯曼系列賽的，但是卻被用來參加世界一級方程式，因此洛夫為賽車增加了兩個副油箱。不幸的是，輔助油箱的燃油泵故障，迫使他在領跑很多圈之後不得不去維修站加油[14]。
到 了60年代後期，歐洲以外的「海外」賽事例如南非大獎賽，大約占到所有賽事中的1/3。賽事的核心仍然是歐洲所在的北半球，「海外」賽事通常是在賽季的開 始和結束時期舉行，這一模式一直延續到了今天。此外，還有一些非世錦賽賽事在歐洲以外的地方運行，南非大獎賽便是其中之一。英國和英聯邦成員國的車手在20世紀60年代統治了整個賽車界。英國車手格拉漢姆·希爾，吉姆·克拉克，約翰·蘇爾特斯和傑基·斯圖爾特贏得了在十年（1960-1969）里贏得了6年的車手世界冠軍，澳大利亞車手傑克·布拉漢姆兩次獲得車手世界冠軍，新西蘭車手丹尼·哈默獲得一次世界冠軍。非英聯邦成員國的車手只有美國車手菲爾·希爾贏得了一次世界冠軍。
1968年，蓮花車隊失去了DFV發動機的獨家使用權，邁凱倫車隊也推出了配備DFV發動機的賽車。該賽季有兩個重大的創新，第一是接受贊助不再受到限制，5月，蓮花車隊在西班牙加拉瑪賽道使用帝國煙草品牌的紅色、金色和白色作為塗裝出戰。第二個創新是是尾翼的引入，這一技術創新早先出現在查普拉汽車之中[15]。
兩屆世界冠軍吉姆·克拉克在1968賽季的第一站1968年南非大獎賽贏下了他人生中最後一座分站賽冠軍獎盃。1968年4月7日克拉克在一場在霍肯海姆賽道舉行的F2比賽中喪生。克拉克的很多車迷和一些車手在接下來的幾年間不斷要求賽事加強對賽車手的保護。比利時大獎賽也並不再在斯帕賽道舉行，因為車手們認為該賽道非常之不安全。
1968馬特拉車隊創造性地使用了是一種由航空油箱啟發發明的油箱，但是國際汽聯在1970年禁止該項技術的使用。[16]
傑基·斯圖爾特輕鬆贏得1969年世界冠軍。1969年四輪驅動賽車也短暫地復興過，約翰尼·西瓦茲·加文成為唯一一位駕駛四驅賽車獲得積分的車手，他在加拿大大獎賽駕駛馬特拉 MS84取得第六名的成績。[17]
1970年，一直統治F1賽場的約亨·林特在意大利大獎賽中因為剎車問題意外身亡[18]，但是他仍在兩站之後贏得了車手世界冠軍[19]。
在林特死後，由兩位新車手--埃默森·菲蒂帕爾迪和雷內·威塞爾組成的蓮花車隊在1971賽季的表現非常糟糕。車隊花費大量的時間來再次嘗試使用燃氣輪機和四輪驅動裝置的賽車。傑克·布拉漢姆退役後，他的車隊成績便急劇下降。泰利爾車隊和傑基·斯圖爾特非常輕鬆地贏得了1971年的冠軍[20]。
1972年，蓮花車隊的25歲車手埃默森·菲蒂帕爾迪贏得了車手世界冠軍，他成為截至當時最年輕的世界冠軍，斯圖爾特位居第二[21]。
1973年，蓮花車隊的菲蒂帕爾迪和羅尼·彼得森各自衝擊積分榜頭名，而斯圖爾特則得到了隊友弗朗西斯·科維特的支持。在賽季的最後一場比賽--美國大獎賽中，科維特意外衝出賽道，當場死亡。本代替在加拿大大獎賽受傷的斯圖爾特出戰的克里斯·阿蒙在科維特死亡後也放棄出戰，這使得他們失去了很有可能獲得的車隊世界冠軍，但是斯圖爾特仍然獲得了車手世界冠軍[22]。。斯圖爾特在該賽季結束後宣布退役，並稱退役的決定在美國大獎賽之前就已經做出來了。
邁凱倫車隊，剛從其創始人的死亡中恢復過來，他們在1973賽季贏下3場比賽和幾個杆位。新的M23成為圍場內設計地最好的賽車。菲蒂帕爾迪離開蓮花車隊轉投邁凱倫車隊，因為邁凱倫車隊給予他一號車手的地位而蓮花車隊並不願意這麼做。
1974年的賽前測試中，邁凱倫車隊和菲蒂帕爾迪表現除了非凡的競爭力，但是比賽開始後，法拉利從糟糕的1973賽季走出來，表現地非常優異。法拉利使用了他們第一輛真正地單體殼結構賽車，配備直列12缸發動機，車手則是奧地利年輕車手：尼基·勞達。但是最終，邁凱倫的菲蒂帕爾迪還是艱難地獲得了年度車手世界冠軍[23]。
法拉利在1975年， 1976年，和1977年都獲得了車隊世界冠軍。勞達則在1975年贏得了他第一座車手世界冠軍獎盃。在1975賽季，勞拉·隆巴蒂成為唯一一位在世錦賽賽事（1975年西班牙大獎賽）中獲得積分的女性車手。
1976年，菲蒂帕爾迪的決定代表他弟弟小威爾遜·菲蒂帕爾迪的車隊。詹姆士·亨特則加入了邁凱倫車隊。尼基·勞達在德國大獎賽發生嚴重事故，身體多處燒傷且肺部感染嚴重，但是在事故發生僅6周後，他便重新代表法拉利車隊參加比賽[24] 。在最後一站--1976年日本大獎賽，勞達因為天氣原因而放棄了比賽，最終亨特獲得該場比賽第三以一分的優勢贏得了年度車手世界冠軍[25]。
1977年也誕生了兩個激進的技術創新，這兩個創新也徹底地改變了未來的F1運動。蓮花的實驗的目的在蓮花 78上得到了展現，蓮花 78第一次將地面效應帶入F1[26]。1977年，馬里奧·安德烈蒂和古納爾·內爾森駕駛蓮花 78贏得了5場分站賽的冠軍。雷諾展現了第二個技術創新，他們推出了配備1.5升渦輪增壓發動機的RS 01。雖然機械增壓發動機在20世紀50年代取得了巨大成功而且F1規則中允許使用渦輪增壓發動機已有11年，但是沒有一家車隊推出過一款渦輪增壓發動機，這是因為各家車隊認為燃料消耗量的增加和渦輪延遲會與渦輪增壓帶來的動力提升相互抵消。電機工程師伯納德·杜多特注意到了渦輪增壓發動機在印地賽車中的使用，因此他推動雷諾在F1推出渦輪增壓發動機。[27]。
雷諾的進入也將米其林的子午線輪胎帶入了F1，在米其林進入之前作為獨家輪胎供應商的固特異當時仍在為賽車提供斜交輪胎。固特異將米其林的進入視為一個嚴重威脅，因此他們在研發領域做出了大量的努力並且他們開始研發自己的子午線輪胎。
1978年賽季新的蓮花 79開始利用更激進也更為成熟的地面效應理論。其他的車隊也開始試驗新的技術，但是蓮花一直處於領頭羊的位置，而且他們的車手馬里奧·安德烈蒂成為了第一個贏取美國印地賽車冠軍和F1世界冠軍的車手。布拉漢姆車隊生產了BT46B "fan car"，這與七十年代初期被吉姆·霍爾在加拿大-美國優勝杯系列賽中設計的查帕拉爾 2J應用了共同的「sucker car」理念。這輛車因為鑽了規則的一個漏洞可能會被禁止參賽，所以當時剛剛成為一級方程式製造商協會協會主席的車隊掌門人伯尼·埃克萊斯頓在尼基·勞達贏得1978年瑞典大獎賽冠軍之後放棄了這一款賽車。羅尼·彼得森在蒙扎賽道衝出賽道撞擊到圍牆，他的蓮花賽車也起火燃燒，詹姆士·亨特英勇地將他從車中拉了出來。雖然一開始的醫療救助效果良好，但是彼得森是還是在次日死於栓塞。亨特決定在下一賽季的摩納哥大獎賽上退役。
由雷諾和蓮花推出的新技術逐漸捲入1980年代初FISA-FOCA矛盾之中。渦輪增壓發動機是較為複雜的機器，所以開發這些引擎的費用也非常巨大，所以只有一些大型製造商例如雷諾、 法拉利和阿爾法·羅密歐對其有興趣。相比之下，小型車對仍然喜歡考斯沃斯的DFV引擎，這兩批車隊分別代表兩家政治機構--FISA和FOCA。
1980年，帕特里克·德派勒在霍肯海姆賽道意外身亡震驚車壇。1981年，FISA和FOCA在巴黎簽署了協和協議來化解兩派矛盾。1982年，吉耶·維倫紐夫的喪生再一次打擊了F1,這也加快了兩派間的矛盾和解。
1981年，一項改變之後整個汽車史的技術由邁凱倫車隊帶入F1，邁凱倫生產了第一輛由碳素纖維材料製成的賽車，這一材料在後來被廣泛的應用於整個汽車業。
伯尼·埃克萊斯頓擁有的布拉漢姆車隊車手內爾松·皮奎特獲得了年度車手世界冠軍，這是非製造商車隊的第一次勝利，同時也是有渦輪增壓引擎取得的第一場勝利。1983 年，由於國際汽車運動聯合會（FISA）和一級方程式製造商協會（FOCA） 之間的矛盾已經解決，車隊基本上明白了賽事必須遵守的規則。雷諾用1979年和1980年的成績證明了渦輪增壓引擎是在現有規則下取得更優異表現的一種非 常有效率的途徑。在1982賽季，一個很明顯的事實是如果一家車隊希望在賽場上取得好成績，那麼渦輪增壓引擎便是他們最好的一種選擇。到1984年，只有泰利爾車隊仍在使用老舊的DFV引擎。在1983年，人們也見證了非世錦賽賽事徹底走進歷史，最後一場非世錦賽F1賽事是1983年在布蘭茲-哈奇賽道舉行的車王錦標賽,1982年F1世界冠軍柯克·羅斯伯格戰勝丹尼·蘇里文贏得了冠軍。[28]
在一開始，對油耗和渦輪增壓增壓壓強有着嚴格的控制--在1987年，壓強被控制在400kPa,1988年被控制在150kPa。到了1988年，渦輪增壓引擎只能比輕型的3.5升自然吸氣引擎多提供一點點的動力。
最後爭議被擱置在一旁，整個F1在20世紀80年代末，90年代初得到了非常好的發展。如果不考慮在這一階段邁凱倫車隊和威廉姆斯車隊的巨大優勢地位，那麼這一時期可以被視為F1 60多年歷史里最為精彩的時期之一（也許具有諷刺意味）。
先前已經退役的尼基·勞達在1982年重返F1，在1984年，他以0.5分的微弱優勢戰勝隊友阿蘭·普羅斯特贏得了F1當年的車手世界冠軍，創下了F1年度車手冠亞軍年終分數差距的最小紀錄。0.5分的差距是因為在本年度摩納哥站時， 由於雨勢過大，對於在雨天比賽極為敏感小心的普羅斯特在比賽中，不斷的向大會揮手示意大會出紅旗中止比賽，最終大會中止了比賽，當時領先的普羅斯特雖然因 此獲得了分站冠軍，但是由於尚未達成大會要求的圈數，因此本站獲得的積分的車手積分必須減半，普羅斯特原本的9分冠軍積分因此減半成了4.5分，不料這個 差距最終導致普羅斯特失去了世界冠軍頭銜。本年度摩納哥站還有一個插曲，奪得第二名的艾爾頓·塞納在大會出紅旗的前一圈一直猛烈追擊領先的普羅斯特，但不料大會出紅旗結束比賽，塞納一直對此事感到耿耿於懷，埋下了兩人未來對決的因子。這也揭開了他們兩人十年激烈的競爭歷程的序幕。
1986年，使用本田發動機的威廉姆斯車隊擁有頂級車手內爾松·皮奎特和奈傑爾·曼塞爾，看起來是鎖定了年度車手世界冠軍。但是由於兩人分掉了很多分數，使得邁凱倫車隊的普羅斯特仍然有着奪得車手世界冠軍的可能。最終，雖然威廉姆斯輕鬆地贏得車隊世界冠軍，但是直到該賽季的最後一站澳大利亞站，車手世界冠軍才誕生，普羅斯特很好地利用了威廉姆斯車隊賽車的輪胎問題最終贏得了車手世界冠軍。1987年，威廉姆斯的實力更強，這一次內爾松·皮奎特贏得了他第三座世界冠軍獎盃。
1987年，我們也看到了大氣引擎重新返回F1。因為對渦輪增壓引擎的油耗和增壓壓強有着嚴格的限制，使得渦輪增壓引擎並沒有表現出太過優異的表現。但是不管怎麼說，渦輪增壓引擎在仍然存在於F1之中。
1989年，渦輪增壓引擎被禁止，而且新條例對最高排量的規定是3.5升。邁凱倫車隊在接下來的3個賽季繼續保持着統治地位，阿蘭·普羅斯特在1989年奪冠，塞納在1990年和1991年獲得車手世界冠軍。然而在之這期間，對冠軍的渴望導致他們兩人之間的矛盾越來越大，在1989年和1990的日本大獎賽他們之間都發生了碰撞。他們共同統治了長達F1四年之久（1988--1990）， 贏得48場大獎賽中的37場，並且他們每個人的得分都在第三名的兩倍之上。1989年的第二站聖瑪利諾站，塞納違反了兩人的「君子協定」，兩個人的關係更 加緊張，到了這年的倒數第二站日本站，塞納企圖超越普羅斯特，卻反而和對方撞上，普羅斯特退賽，而塞納雖然回到賽場上，並且遙遙領先過了終點線，但遭到 FIA取消資格，使得普羅斯特得到了世界冠軍。雖然塞納因為在日本站的表現而遭受到廣泛的批評，但是更令他擔憂的是當時由雷諾提供引擎的正在復興的威廉姆斯車隊，果不其然，威廉姆斯車隊統治了接下來的7年的F1。
雖然原因不僅僅是因為擁有雷諾引擎，但是不管怎麼說，威廉姆斯車隊和貝納通車隊在1992至1997年間統治着F1。允許在維修站加油的規則的引入使得一場比賽變為一系列的短程衝刺，這也使得車隊的進站策略變得與車手駕駛水平同樣的重要。在九十年代初，一些車隊開始引入駕駛輔助系統，漸漸地大部分車隊都開始使用該系統。一些新技術也不斷地引入F1之中，主動懸架（蓮花車隊在1987年首創），半自動變速箱（法拉利車隊在1989年首創） 和牽引力控制系統（威 廉斯在 1991年首創）等先進技術逐漸成為了非常重要的奪冠法寶。其中的一些技術來自公路汽車，其他的大部分最初是專門為了比賽而研發的，但是在這之後普遍地會 將其推進普通市場。倘若各家車隊都願意投入資金，那麼F1賽車的速度將會變得越來越快。因為賽車的好壞已經逐漸取代車手的駕駛水平成為比賽的關鍵，國際汽聯在1994年禁止了很多新技術的使用。但是很多觀察家稱對這些技術的禁止只是國際汽聯沒有辦法去降低這些因素（賽車的技術水平）對比賽影響的無能反應。雖然有着這麼多的爭論，但是這絲毫不影響1992年奈傑爾·曼塞爾奪冠時英國人的激動之情，這是在1976年詹姆斯·亨特奪冠之後，英國人第一次奪得世界冠軍。1993年，阿蘭·普羅斯特贏得了他第四座車手世界冠軍。
在賽車上裝載輕量級的電視攝像機在20世紀90年代初期開始變得流行（美國網絡電視練習實際上率先在澳大利亞的以下）。這不僅能增加觀眾人數並且也可使得這項運動能夠吸引更多的贊助商而不僅僅是傳統的贊助商--煙草公司。安全方面的改善也意味着主要的汽車製造商更傾向於將自己與車隊聯繫起來，這也有助於F1這項運動的發展。
1994賽季初，很多人認為這一賽季將會非常的精彩。埃爾頓·塞納轉投威廉姆斯車隊以取代剛剛退役的阿蘭·普羅斯特，年輕的德國車手邁克爾·舒馬赫駕駛着使用福特發動機的貝納通賽車，使用標緻發動機的邁凱倫賽車也非常的有競爭力，法拉利車隊也希望在這一年可以一掃過去三年糟糕成績所帶來的陰沉氛圍。這一年本可以成就一個偉大的賽季，但是一切都因為塞納之死而改變。
1994年之前，最後一位死於F1比賽的是埃里奧·德·安吉尼斯，他在1986年的賽車測試過程中意外喪生。在這期間，雖然發生了一些非常嚴重的事故(例如內爾松·皮奎特和加赫特·貝加在伊莫拉賽道與馬丁·唐納利在赫雷斯賽道發生的事故），但是並沒有人在事故中喪生。儘管國際汽聯規定禁止使用渦輪增壓引擎、 減小輪胎寬度和禁止使用駕駛輔助系統，但是在過去八年時間裡，F1賽車的速度仍在不斷上升。但是當時的F1屆仍產生一種被事實證明為錯誤的想法--F1比賽已經非常安全了，不會再有人會在比賽中喪生。[29]
在1994年聖馬力諾大獎賽舉辦的這個周末，排位賽時當時還是新秀的魯本斯·巴里切羅的嚴重受傷和羅蘭德·拉森伯格的死亡以及正賽時塞納的死亡徹底擊垮了這個想法[30][31]。此外，卡爾·溫德林格在該年的摩納哥大獎賽中發生碰撞導致昏迷。[32]在如此短的時間內，多位車手相繼發生意外震驚了整個賽車界，兩位車手在意外中喪生並且其中一位是三屆車手世界冠軍--艾爾頓·塞納。國際汽聯迅速地採取了一系列強制的措施來保證比賽的安全，這一年也是國際汽聯強硬地強化F1比賽的安全的開始。
雖然不能在1994年對賽車進行重大更改，但是國際汽聯仍 要求所有的F1賽車的進氣孔必須有通孔來降低進氣的衝壓效應。出於同樣的原因，先前使用的特製賽車燃料（含有多種苯系物）被禁止使用，各車隊只允許使用那 些具有類似特性的普通無鉛汽油。為了減小下壓力（下壓力和轉彎速度息息相關），一個木製的「木板」被要求放置在賽車底盤中央的位置，如果木板的磨損超過一 個特定的值（大約是10mm），這一輛車將無法參加比賽。
從1995年開始，賽車的設計必須按照一個參照（模板）來進行，一些嚴格的限制也被強制實施，例如對賽車各個部件的最大，最小尺寸間的限制。發動機的最大排量從3.5升減至3升。除此以外，國際汽聯還採取了很多其它的措施來控制賽車速度的提高。這些規定包括：
在快速的引入這些規定（尤其是那些在1994年採用的一些措施）之後，整個F1陷入混亂之中。因為貝納通車隊不斷地違反國際汽聯的規定，車隊車手邁克爾·舒馬赫多次被禁賽，但是邁克爾·舒馬赫仍然獲得了該年度的車手世界冠軍（這次奪冠廣受爭議，因為在一場對最終排名非常重要的比賽中，邁克爾·舒馬赫碰撞了達蒙·希爾，一些人認為舒馬赫是故意碰撞達蒙·希爾）。
到了1995年，F1屆逐漸回到了平靜之中。這一年，舒馬赫獲得了他的第二座車手世界冠軍獎盃，貝納通車隊擊敗擁有達蒙·希爾和大衛·庫特哈德的威廉姆斯車隊獲得了他們第一座車隊世界冠軍獎盃。那一年，雷諾的引擎幾乎是無敵的，上面兩家車隊使用的都是雷諾引擎。在沒有使用雷諾引擎的車隊中只有法拉利車隊贏得了一場分站賽冠軍--加拿大大獎賽。
1996年，國際汽聯大大提高了駕駛艙的最小體積，同時要求通過減少車手頭部暴露的面積來加強對車手頭部的保護（諷刺的是，這一規定影響了車手的視野導致事故發生的概率提高）。作為讓·托德重建法拉利車隊的一部分，他從貝納通車隊帶來了邁克爾·舒馬赫，第一年舒馬赫就贏下了3場分站賽，這一成績好於車隊過去5年的成績[33]。
1997年，F1傳奇吉爾·維倫紐夫的兒子雅克·維倫紐夫再一次為威廉姆斯車隊贏得一座車手冠軍獎盃，他也成為了第四位獲得F1世界冠軍和CART冠軍的車手（其他三個人分別是：馬里奧·安德烈蒂、埃默森·菲蒂帕爾迪和奈傑爾·曼塞爾）。 本賽季關於車手世界冠軍的競爭較1996年更為激烈，維倫紐夫在最後一站在贏下該年度的車手世界冠軍。在最後一場比賽中，舒馬赫故意撞擊維倫紐夫的賽車， 試圖讓維倫紐夫退出比賽。但是最終維倫紐夫仍然完成比賽獲得了世界冠軍，舒馬赫則被國際汽聯取消了該年的所有積分以及名次[34]。
1997年年底雷諾車隊退出F1之後，梅賽德斯-邁凱倫車隊的米卡·哈基寧連續兩年贏得車手世界冠軍[35][36]。1998年的冠軍爭奪並不激烈，舒馬赫和維倫紐夫難以撼動哈基寧的位置。1999年的冠軍爭奪較1998年激烈很多，維倫紐夫加入了剛組建的英美車隊，而舒馬赫則在銀石賽道發生意外導致腿部受傷[37]。舒馬赫的隊友埃迪·埃爾文最終以兩分的劣勢屈居車手亞軍，但是法拉利車隊贏得了1983年以來第一座車隊世界冠軍。
在這幾年，像布拉漢姆和蓮花這樣歷史悠久、備受尊崇的名字從F1中消失。法國製造商利基爾發現自己處於困境之中，於是將車隊賣給了阿蘭·普羅斯特。因為比賽成績的糟糕，泰利爾車隊同樣地陷入僵局，英美車隊在1998年購買了泰利爾車隊。色彩繽紛的小型、私有隊的時代終於走到了盡頭。像Larrousse、Dallara、Dallara、Simtek、太平洋車隊、Forti這些名字再也不會在發車區看到了，只有喬丹車隊、索伯車隊、銀箭車隊和米納爾迪車隊仍在試圖在F1中堅持下去。1998年和1999年，在達蒙·希爾、亨茨·赫拉德·弗倫岑和拉爾夫·舒馬赫（邁克爾的弟弟）的領導下短暫興盛的約旦被證明是最後私人車隊最後的光榮。幾年前仍然是世界冠軍的貝納通車隊也難以生存下去。傑基·斯圖爾特在1997至1999年間藉助福特的支持建立了自己的車隊，但是最後還是將車隊出售變成了美洲虎車隊。
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在1989年國際汽聯出台禁止使用渦輪增壓發動機的規定之後，V10發動機便成為了最受歡迎的引擎構型，因為它可以在動力和燃油消耗兩者中達成較好的平衡。從1998賽季起，所有車隊都在他們的賽車中使用V10發動機。V12發動機雖然動力更為強勁但是燃油消耗過多，V8發動機剛好與之相反。
2000年，喬丹車隊逐漸從前排消失，而威廉姆斯車隊正與寶馬展開合作以期復興車隊，而頭名的競爭則更多的在米卡·哈基寧和邁克爾·舒馬赫之間展開。自從20世紀90年代初期開始，法拉利就逐漸從谷底向上緩慢提升，終於在2000年取得了一個突破，舒馬赫獲得了該年度的車手世界冠軍。舒馬赫也成為自1979年獲得世界冠軍的朱迪·謝科特以來第一位獲得車手世界冠軍的法拉利車手。2001年，法拉利的表現獎圍場內的其它車隊遠遠拋在後面，舒馬赫在全年16場比賽的第13場比賽即2001年匈牙利大獎賽中就贏得了該年度的車手世界冠軍。這是截至舒馬赫當年奪冠時，F1歷史中獲得車手世界冠軍的第二快記錄，僅次於奈傑爾·曼塞爾在1992賽季的成績（曼賽爾在共有16場比賽的1992賽季中的第11場獲得了世界冠軍，舒馬赫在2002年打破該項記錄）。2002年，法拉利的成績更為優異。法拉利車隊贏下了除2002年馬來西亞大獎賽和2002年摩納哥大獎賽之外的所有15站的冠軍。邁克爾·舒馬赫的年終積分比第二、三名的總和還要高，此外，舒馬赫還在全年所有的分站比賽中都登上了領獎台（舒馬赫在2002年馬來西亞大獎賽獲得第三，其餘比賽全部是前兩名）。舒馬赫在全年17場比賽中的第11場即2002年法國大獎賽就贏得了年度車手世界冠軍，他成為了F1歷史中最快獲得車手世界冠軍的車手。
2003年，儘管賽事規則進行了重大更改（例如採用新的積分系統）來防止法拉利再一次統治F1，但是舒馬赫依然獲得了該年度車手世界冠軍。在該賽季，舒馬赫、基米·萊科寧和胡安·帕布羅·蒙托亞對於冠軍的爭奪非常激烈，但是最終舒馬赫占了上風，他在鈴鹿賽道以兩分的優勢獲得了年度車手世界冠軍。2003賽季較2002賽季相比，法拉利車隊與其它車隊的氣氛較為緩和，該賽季共有來自5家車隊的8位不同的車手贏得過分站冠軍（包括初次獲勝的費爾南多·阿隆索，基米·萊科寧，詹卡洛·費斯切拉）。
2004年法拉利車隊和舒馬赫再一次統治了F1，輕鬆贏得車手和車隊雙料冠軍[38][39]。在最初的13場比賽中，舒馬赫贏得了其中的12場比賽，這是F1史上最佳開局記錄。巴林大獎賽在2004年4月首次亮相F1，中國大獎賽在9月首次亮相F1[40]。很多人擔心隨着這些新賽事的加入，一些老的在歐洲的大獎賽，例如英國大獎賽可能要被剔除，但是賽事總數的提升暫時打消這些人的顧慮。根據伯尼·埃克萊斯頓的 說法，此舉是為了增加F1的全球影響力，同時歐洲禁止煙草廣告也是一個重要原因[41]。 這一舉動使得歐洲以外的大獎賽比賽數目占到全部比賽的一半左右，在除南極 洲，非洲，意外的所有大洲都有比賽，成為真正地「世界錦標賽」。2004年，邁克爾·舒馬赫獲得了他第七個車手世界冠軍，舒馬赫還保持着贏得最多分站冠軍 的紀錄（舒馬赫共獲得過91個分站冠軍，略少於阿蘭·普羅斯特的51個與艾爾頓·塞納的41個之和）。
儘管法拉利的在該年統治了F1（贏下了18場比賽中的15場），但是由簡森·巴頓領銜的英美車隊給人留下了深刻的印象，雖然未能贏下一場比 賽，但是巴頓經常是比賽的第二名或者第三名[42]，加上隊友佐藤琢磨的努力，英美車隊贏得了年度車隊亞軍[38]。
福特公司決定在2004年年底從F1中撤出暴露一些小型車隊的脆弱點，幾個較小較為獨立的使用福特引擎的車隊發現他們的引擎提供將處於非常糟糕的狀況。奧地利飲料公司紅牛在2004年購買了美洲虎車隊[43] 。
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在2005年法拉利車隊逐漸淡出人們的視線，雷諾車隊在賽季早期處於統治地位，而邁凱倫車隊在賽季的後半部分是最強的車隊。雖然邁凱倫贏得了後7站比賽中的6站然而，但是他們在賽季初期糟糕的成績使得他們並未戰勝雷諾贏得該年度的車手和車隊世界冠軍。費爾南多·阿隆索成為了截至當時最年輕的世界冠軍（劉易斯·漢密爾頓和塞巴斯蒂安·維特爾分別在2008和2010年刷新該記錄）。一項統計數字可以證明這兩家車隊當時巨大的優勢： 他們一起贏下了除了富有爭議的美國大獎賽以外的所有比賽（兩家車隊並未參加美國大獎賽）。美國大獎賽也成為法拉利和舒馬赫在這個賽季贏得的唯一一場比賽。
可以說，小型專業賽車車隊最終消失於2005年9月，在這一月，紅牛公司購買了米納爾迪車隊並將其更名為紅牛二隊（Scuderia Toro Rosso）。紅牛還另成立一家獨立的紅牛車隊。米德蘭德鋼鐵公司在2005年購買了喬丹車隊並該名為米德蘭德車隊。2005年6月，寶馬購買了索伯車隊的大部分股權使之作為一家廠商車隊參加比賽。威廉姆斯車隊因此停止了他們與寶馬的合作夥伴關係，轉而與考斯沃斯進行合作。從2006年開始廠商車隊成為了F1參賽車隊的主題，本田在稍後還購買了英美車隊。
2005年標誌着在一級方程式V10時代的結束。為了降低成本，賽車的配置在2000年被強制要求符合規則（雖然從1998年以來所有的車隊都使用V10發動機，豐田甚至計劃使用V12發動機）。在此期間，統計數字顯示出雷諾和法拉利引擎的巨大優勢，雷諾作為引擎供應商贏得六個車隊冠軍和五個車手冠軍。法拉利在V10時代也獲得了巨大成功，他們作為引擎供應商贏下了6個車隊冠軍和5個車手冠軍。
2006年是最後一個擁有兩家輪胎供應商（日本製造商普利司通和法國公司米其林）的賽季。2005年12月，國際汽聯宣布從 2008賽季開始將只有一家輪胎供應商。五天後，米其林宣布2006賽季結束後將離開F1，這使得普利司通成為了唯一的輪胎供應商。
雷諾和費爾南多·阿隆索在2006賽季初期再一次取得非常優秀的成績。在賽季後半程法拉利表現出王者歸來的氣勢，在意大利大獎賽時，舒馬赫距離阿隆索僅有2分的差距。但是舒馬赫在日本大獎賽上因為引擎故障退賽以及在巴西大獎賽中的故障連連使得阿隆索贏得了當年的車手冠軍。
在2006年意大利大獎賽的賽後新聞發布會上，舒馬赫宣布自己將在該賽季結束後退役震驚了車壇。
2007年邁 凱倫車隊展現了非凡的競爭力。邁凱倫擁有衛冕世界冠軍阿隆索和新秀劉易斯·漢密爾頓。漢密爾頓從第一站開始連續9站都登上領獎台震驚了所有人，也使得他躋 身車手世界冠軍爭奪者的行列之中。在賽季中，阿隆索與邁凱倫車隊的關係逐漸惡化，他認為他應該在爭奪世界冠軍的路途中受到優待。漢密爾頓在中國和巴西犯的錯誤使得他失去了當年的世界冠軍。但是阿隆索並未充分利用這些情況，法拉利車隊的基米·萊科寧獲得當年的車手世界冠軍。
2007年，邁凱倫車隊獲得了當年的車隊最高分，但是因為間諜門事件車隊成績被取消，法拉利成為當年的車隊世界冠軍。
2008年，邁凱倫和法拉利仍然是最具競爭力的車隊。在經歷了令人懊惱的2007賽季之後，漢密爾頓在2008年以一種戲劇化的方式贏得了概該年的車手世界冠軍。在最後一站--巴西大獎賽的最後一圈，費利佩·馬薩贏得了該場比賽並很有可能贏得車手世界冠軍，但是漢密爾頓在最後一站非常戲劇化地超越了提摩·格洛克贏得車手世界冠軍（格洛克在最後一圈的最後一個彎道衝出了賽道使得漢密爾頓名次上升一位鎖定車手世界冠軍）。
21世紀以來，一級方程式的賽車逐漸變得非常複雜，也逐漸變得高效、可靠，以至於賽事中真正比拼車手技術的部分越來越少，因此2009賽季，國際汽聯引入了許多新的規則（包括引擎的轉速限制、可調整的前翼以及不成比例的尾翼）來鼓勵比賽中的超車行為。2006賽季，賽車引擎的轉速曾經飆升至20,000rpm（雷諾引擎和考斯沃斯引擎還要更多），而2007賽季起初限制轉速不超過19,000rpm，2009-2013賽季引擎轉速則被進一步限制為不超過18,000rpm。同時，這個時期的一級方程式引進的另一大重要的系統是動能回收系統（KERS）（不同於2014年啟用的ERS），這是一個通過飛輪儲存剎車時產生的能量，並在稍後使賽車的驅動系統提供額外加速度的系統。2009賽季一些有充足資金的車隊在當年試用了這項新技術，但即使是這些車隊的KERS系統也欠缺實用性，於是所有車隊使用的KERS需要進行更大規模的研發，而沒有任何車隊做好了將KERS投入使用的準備。
2010年，一級方程式的規則再次迎來較大變化：賽中加油再次取消，同時，一種從車身前部吸入空氣後定向吹往賽車後部特定部分的F-Duct系統在一些車隊試用之後於該賽季內合法化。2011年，意在提升超車機會的可變尾翼（阻力減小系統，簡稱DRS）正式引入，操作機制是在練習賽、排位賽以及正賽里比賽開始/重啟三圈後後車在特定測量點距離前車一秒或以內時，賽車/後車可以在一段直道的DRS區內按動按鈕，尾翼的翼片便會變平，起到減小阻力和增加直道速度的效果。
就大環境而言，2008年金融危機同樣影響到了許多車隊的命運：本田車隊、豐田車隊及寶馬（即寶馬索伯車隊）三大廠隊在2008或2009賽季後均退出一級方程式[註 1]，而其它仍留在一級方程式內的車隊財務狀況也不如以往。因此，更多的削減一級方程式的規則被引入了該賽事。起初有人提出了將引擎標準化的建議，但很快遭到各車隊的否決。它們隨即通過了自己提出的削減預算的方案，包括賽車測試時間的大幅縮減以及單個引擎和變速箱的里程的增加（即減少單賽季額定使用的引擎與變速箱總量）。
2009賽季，由前法拉利車隊技術總監、本田車隊領隊羅斯·布朗收購退出一級方程式的本田車隊而改立的布朗車隊從季前賽開始就表現出色，在季前測試的第三和第四天都以大幅優勢排名榜首。儘管他們並非唯一一個使用「雙層擴散器」的車隊（豐田車隊與威廉姆斯車隊均有這種設計），但他們的成績遠超另外兩隊，由英國車手簡森·巴頓贏下了前7場大獎賽中的6場，並最終攬下了車手總冠軍（簡森·巴頓）與製造商總冠軍。紅牛車隊在賽季後半段的表現也可稱優異，贏下了最後3場大獎賽並在整個賽季取得了6場勝利，年輕的塞巴斯蒂安·維特爾最終獲得車手亞軍。在之前的2007和2008賽季中獨占鰲頭的邁凱輪車隊和法拉利車隊於本季表現一般，僅分別取得2場和1場勝利，分列積分榜第三和第四位；同樣使用雙層擴散器的豐田車隊在本賽季最後一年參加一級方程式，拿下了5個領獎台（其中有2個亞軍），最終位列積分榜第五位，以8個賽季未嘗一勝而僅取得13個領獎台的成績，就此告別一級方程式。
2010年，規則發生了很多改變。KERS系統和雙層擴散器被禁止使用。但是在2010年賽季，還是有很多的創新技術被應用，例如F-管的引進。2010年發生的最大改變還是是積分系統的改變，由前八名分獲10-8-6-5-4-3-2-1分改為前十名分獲25-18-15-12-10-8-6-4-2-1分[44]。
紅牛車隊在2010年表現優異，主要歸功於他們於2007年雇用的首席設計師亞德里安·紐維。紅牛車隊在倒數第二站--巴西大獎賽贏得了車隊世界冠軍，紅牛車隊車手塞巴斯蒂安·維特爾在最後一站--阿布扎比大獎賽贏 得了車手世界冠軍。梅賽德斯GP（原 布朗GP）的成績與2009年相比有巨大的差距，梅賽德斯當 時擁有七次世界冠軍得主邁克爾·舒馬赫和尼克·羅斯伯格。邁凱倫和法拉利2010賽季的表現較2009年更好，分別獲得車隊積分榜第二和第三。車手冠軍的 爭奪非常之激烈。在這個擁有最多分站（19站）的賽季的初期，車手看起來要歸屬於紅牛車手維特爾或馬克·韋伯，或者邁凱倫車手漢密爾頓或衛冕世界 冠軍巴頓（也在邁凱倫）。但是，法拉利車手阿隆索在英國大獎賽之後狂攬47分使得他在比賽僅剩兩場比賽時位居車手積分榜榜首。到最後一站--阿布扎比大獎賽時，有四位車手有可能獲得車手世界冠軍，分別是阿隆索、韋伯、 維特爾和漢密爾頓（按照積分順序排列）。但是維特爾在阿布扎比獲得冠軍並最終贏得年度車手世界冠軍。
在富有爭議的2010年德國大獎賽之後（法拉利車隊在賽事中懷疑使用車隊指令，讓積分榜較前的費爾南多·阿隆索勝出賽事），禁止使用車隊指令的規定被廢除。
2011年，F1的規則又發生了很多變化包括重新引入KERS系統，引入可變尾翼系統（DRS），倍耐力取代普利司通成為新一任輪胎供應商。維特爾與紅牛車隊在2011賽季的全程一直保持統治地位，維特爾在2011年日本大獎賽成為了最年輕的衛冕世界冠軍。紅牛車大會則在比賽倒數第四站--韓國大獎賽鎖定車隊世界冠軍。邁凱倫和法拉利再一次成為車隊積分榜第二、三名。巴頓獲得車手亞軍，而韋伯獲得車手季軍。維特爾在該賽季的比賽中贏下11場比賽，他還打破了單賽季最多杆位記錄 （15） 中和單賽季最多積分記錄(392)。
2012年初期，維特爾的表現並不優異，但是在連續贏得4場比賽的冠軍之後便躋身車手冠軍爭奪者行列。最終，維特爾在最後一站--巴西站前已取得13分的優勢。最終維特爾在巴西取得第6以3分的優勢戰勝了在巴西取得第2的阿隆索贏得了年度車手世界冠軍。
2013年， 維特爾和紅牛車隊又一次地統治了整個圍場，尤其在賽季後半程。從比利時大獎賽開始，紅牛車隊和維特爾就開始展示非凡的速度，維特爾贏下了之後所有的9場比 賽。紅牛車隊開發出一套可以提供牽引力控制的發動機工況系統（牽引力控制系統並不符合規則）。紅牛車隊和維特爾最終分別贏得了車隊和車手世界冠軍。
從2014賽季開始，所有參加一級方程式錦標賽的賽車將使用最高轉速不超過15,000rpm的六汽缸單渦輪增壓引擎。這將是一級方程式錦標賽自從1988年以來首次使用渦輪增壓引擎，這也將是1995年以來一級方程式引擎規則最大幅度的更改。新的賽車規則亦會限制賽車的重量，最小值為642kg（1,415lb），最大值為690kg（1,521lb）。法拉利、梅賽德斯-奔馳以及雷諾繼續提供符合新規則的引擎；而考斯沃斯不會進行2014賽季及以後的引擎研發，自此退出一級方程式。本田亦於2015賽季開始回歸一級方程式，起初從2015賽季至2018賽季為邁凱倫車隊提供引擎。新的渦輪增壓引擎的動力預計降到600hp，而之前使用的V8引擎的馬力為750hp；然而全新的動能回收系統（ERS）擁有兩倍於之前使用的KERS之效果；全新的ERS會在它完全啟用時給予車手相當於160hp的動力提升，而之前使用的KERS只有80hp[45]。
除了動力單元的革命性變更，該時期最重要的變動應是2017年時伯尼·埃克萊斯頓在執掌一級方程式逾40年之後，將一級方程式交給了美國的自由媒體集團。自由媒體接手一級方程式之後實行了一系列促進賽事商業推廣的措施，其更改了一級方程式使用已久的正負形的「F1」標誌，改為更扁平的「F1」字樣（見圖），同時邀請知名音樂人布萊恩·泰勒為一級方程式製作主題曲，從2018賽季開始更是與網飛合作推出劇集《一級方程式：極速求生》（Formula 1: Drive to Survive）[46]，該劇集儘管受到了許多爭議，包括後來的世界冠軍馬克斯·維斯塔潘在內的人士都對劇集刻意的劇情渲染表達了強烈的反對[47]，但客觀上該劇集仍促進了一級方程式在互聯網時代的推廣。
2017賽季開始，一級方程式的賽車又進行了一些變動，主要見於變大變重的車身尺寸與重量、變矮和變寬的尾翼、變寬的前翼等。此外，2021賽季的新規則對賽車底板的空氣動力學功能進行了較大幅度的削弱，此舉通常被認為是意圖削弱在該領域取得了較大領先的梅賽德斯AMG車隊，也被認為間接促成了該賽季馬克斯·維斯塔潘與劉易斯·漢密爾頓激烈的車手總冠軍爭奪，因為如果沒有該規則的變動，紅牛車隊的紅牛RB16B很難與由2020賽季的冠軍賽車改版的梅賽德斯-AMG F1 W12 E Performance處於同一水平[48]。
進入混合動力單元的時代之後，梅賽德斯AMG車隊取得了統治級的成績。在2014賽季至2020賽季期間，他們奪得了全部的車手總冠軍和製造商總冠軍，並贏下了共計106場比賽。其中，劉易斯·漢密爾頓當然是這個時期的王者，他贏下了這些比賽中的76場比賽，並共計獲得了6次車手總冠軍，使他的車手總冠軍數來到了7次，勝場達到了95場（截至2020賽季末，目前勝場為103場），成為與2000年代封王的邁克爾·舒馬赫齊名的歷史級車手，另外，漢密爾頓兒時的好友、2013賽季至2016賽季的隊友尼科·羅斯伯格在2016年獲得了世界冠軍，但隨即意外退役[49]。在2014賽季至2020賽季期間，只有當時效力法拉利車隊的四屆世界冠軍塞巴斯蒂安·維特爾能夠分別在2017賽季和2018賽季的前半程取得積分榜領先，一定程度撼動奔馳車隊的統治地位。[50][51]
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這一時期，除了漢密爾頓與維特爾之外，馬克斯·維斯塔潘也是一位明星車手。他是前一級方程式車手喬斯·維斯塔潘的兒子，自小就在喬斯的嚴厲監管下努力成為一級方程式車手。馬克斯於2014賽季在參加歐洲三級方程式的同時成為紅牛二隊的測試車手，2015賽季開始正式為紅牛二隊出賽，以17歲166天的年齡成為一級方程式歷史上最年輕的出賽車手[註 2]。2016賽季，在紅牛車隊的丹尼爾·科維亞特表現不佳的情況下，馬克斯被提拔上一線隊，從2016年西班牙大獎賽開始為紅牛車隊出賽。結果在這一場大獎賽中，受益於奔馳車隊的兩位車手漢密爾頓和羅斯伯格在第一圈即因二人纏鬥雙雙退賽，馬克斯最終頂住了身後法拉利車隊的基米·萊科寧與塞巴斯蒂安·維特爾兩位車手而獲得了勝利，超越了同門師兄維特爾於2008年意大利大獎賽創造的紀錄，成為了最年輕的大獎賽冠軍。他的駕駛天分使得紅牛車隊於2018賽季和之後將大部分資源傾注於他而非隊友身上，儘管這種安排加上他早年較為兇悍的駕駛風格，使他受到了一些爭議，但馬克斯仍在2016賽季至2020賽季間取得了10場大獎賽勝利，在梅賽德斯AMG車隊統治的年代為紅牛車隊爭得了可觀的戰績。
2021賽季普遍被認為是這一時期最有觀賞性的一個賽季，因維斯塔潘與漢密爾頓的車手總冠軍爭奪從賽季第一場大獎賽巴林大獎賽就已經全面開啟：該場比賽中維斯塔潘一度超越漢密爾頓，但因超車過程中四輪完全不在賽道內而被要求交還位置。一直到賽季倒數第二場大獎賽沙特大獎賽後，獲得冠軍與最快圈速的漢密爾頓與獲得該場比賽第二名的維斯塔潘積分完全相同[註 3]，皆為369.5分。這也是自1974賽季以來第一次出現收官戰之前，車手總冠軍爭奪者積分相同的情形。在收官戰阿布扎比大獎賽中，第二位發車的漢密爾頓起步超越了杆位發車的維斯塔潘並逐漸拉開差距，唯由於維斯塔潘隊友塞爾吉奧·佩雷茲的強硬防守及安東尼奧·吉奧維納茲引發的虛擬安全車，漢密爾頓無法對維斯塔潘拉開絕對意義上的安全差距。比賽第53圈尼古拉斯·拉提菲引發安全車，維斯塔潘果斷進站換上軟胎，而漢密爾頓使用舊硬胎在賽道上繼續堅持。比賽一度有可能由安全車帶領衝線，如此漢密爾頓將獲得第八個車手總冠軍；但賽事總幹事邁克爾·馬西決定只放過維斯塔潘與漢密爾頓之間被套圈的慢車（而非通常做法的放過全部慢車）而在最後一圈重啟比賽，使得維斯塔潘憑藉輪胎優勢輕鬆超越漢密爾頓，拿下個人生涯第一個車手總冠軍。馬西此舉引發了全世界範圍內車迷、評論員等各方人士間的巨大爭議，馬西本人不久後也被調離賽事總幹事一職。
2019年，國際汽聯宣布將於2021賽季進行規則的重大修改，主要變化就是重新引入地面效應以進一步降低跟車難度從而有利於更多超車的產生，提升一級方程式比賽的觀賞性[52]，但新冠肺炎於2020年初爆發，2020賽季的研發工作因此受到了巨大影響，因此各方同意將原本在2021賽季實施的新規則延後一年至2022賽季開始實施[53]，故2022賽季成為了混動時代以降最大規模的規則變動之後的第一個賽季。
是次規則變更的最大亮點是解禁了自1983賽季之後就不允許使用的文丘里通道。在以前的賽車中，通過賽車的氣流在尾部會變得紊亂，產生所謂「髒空氣」，降低了後方賽車的下壓力。2022年新款汽車利用地面效應產生下壓力，促進了更緊密的比賽節奏，因其允許後方賽車更容易跟進牽扯，從而增加了每場比賽的超車次數。這種地面效應是通過使用底板本身產生下壓力來實現的，而不是先前將空氣向外或在汽車下方送入擴散器的做法。此外，新賽車去除了擋風板[54]，並採用了帶有更簡單端板的更新的前翼，以降低空氣動力學部件的複雜性，且前翼還需要直接連接到更高的鼻錐上。新規則的賽車尾翼也變得更高更寬，並且新規限制了車隊利用流過賽車本身的空氣來增加下壓力的能力。此外，自2021賽季起實行的預算帽制度繼續沿用，且車隊可以對賽車進行空氣動力學升級的數量減少，以進一步降低比賽成本。儘管新賽車使用了與上一代相同的1.6升渦輪增壓V6混合動力發動機，但發動機還包括新的傳感器和標準部件，增強了國際汽聯監控動力裝置的能力。發動機的燃料也發生了變化，2022賽季開始，燃料中生物成分的比例從前幾年的5.75%增加到10%，轉向E10（乙醇）燃料[55][56]。此舉旨在使一級方程式賽車更具可持續性，並更好地對接公路汽車燃油法規。
2022賽季，衛冕車手總冠軍維斯塔潘所在的紅牛車隊結束了與本田的引擎合作，成立自己的動力單元部門，唯過渡期內仍然多聘用本田的技術人員。此外，該賽季中國車手周冠宇正式加盟阿爾法·羅密歐車隊，從而使這個世界重要的汽車大國首次擁有一位參加一級方程式正賽、取得一級方程式積分的車手。該賽季的季前測試賽中，法拉利車隊表現略優於紅牛車隊，而製造商衛冕冠軍梅賽德斯AMG車隊激進的「零側箱」設計則未達預期。兩位年歲相近的車手馬克斯·維斯塔潘和夏爾·勒克萊爾在賽季初段難分高下，各自有過積分榜的領先，但從阿塞拜疆大獎賽維斯塔潘奪冠而勒克萊爾退賽之後，維斯塔潘便樹立了統治級的優勢，並最終在日本大獎賽後提前確定衛冕車手總冠軍，紅牛車隊也在該站之後鎖定製造商總冠軍，是2013賽季之後的首次奪冠[57]。
2023賽季，維斯塔潘更是勢不可擋，全年22場比賽獲得了19場勝利，其中包含11連勝，車手單賽季勝場數、勝率、車手連勝場數均創下了紀錄；只有沙特大獎賽與阿塞拜疆大獎賽由隊友塞爾吉奧·佩雷茲奪冠、新加坡大獎賽由法拉利車隊的卡洛斯·塞恩斯在維斯塔潘之外取得過勝利。紅牛車隊取得了22場比賽中的21場勝利，同樣創造製造商單賽季勝場數和勝率紀錄[58]。
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