Die An- und Abflugrouten – der exakte Begriff lautet Flugverfahren – sind von der Deutschen Flugsicherung (DFS) festgelegt worden. Die letzte signifikante Änderung hat Ende der 1990er Jahre stattgefunden. Bei der Festlegung ist die DFS an Verordnungen von Bund, EU und ICAO (internationale Zivilluftfahrtorganisation) gebunden. Die Verfahren müssen sicher und für die Verkehrsmenge geeignet, der Flugweg kurz, der Kerosinverbrauch gering und die Menschen bestmöglich vor Lärm geschützt sein. Änderungen an den Flugverfahren werden in der Regel mit der Fluglärmkommission abgestimmt.
In Köln/Bonn sind die Flugverfahren so festgelegt, dass im flughafennahen Bereich eine breite Streuung der An- und Abflüge und eine damit verbundene Fluglärmbelastung von größeren Bevölkerungsanteilen vermieden wird. Die Abflugrouten sind dabei als sogenannte „Minimum Noise Routings" festgelegt, d.h. man versucht, das Überfliegen von Bebauung soweit wie möglich zu minimieren.
Die Abflüge sind in den letzten Jahren durch präzise Beschreibung der Verfahren und die bessere Navigationsausstattung der Flugzeuge deutlich genauer geworden. Aber ein Flugzeug ist kein Schienenfahrzeug - eine gewisse Streuung in einem Bereich von einigen hundert Metern ist aufgrund verschiedener Einflüsse (u.a. Flugzeugtyp, unterschiedliche Navigationsausstattung, Wettergeschehen) unvermeidbar.
Aktuell setzt die DFS eine europäische Verordnung (DVO (EU) 2018/1048) um, die europaweit die Einführung sogenannter PBN-Verfahren (Performance Based Navigation) vorsieht. Dabei handelt es sich um ein Flächennavigationsverfahren unter Einbeziehung von Satellitennavigation. Bislang erfolgte die Navigation hauptsächlich mit bodengebundenen Navigationsanlagen, die in Zukunft teilweise nicht mehr erforderlich sind. In Köln/Bonn erfolgt die Umsetzung, die von der Fluglärmkommission und dem technische Arbeitsausschuss begleitet wird, im April 2024. Da die derzeit gültigen Flugrouten nahezu 1:1 übernommen werden können, kommt es nicht zu einer Veränderung der Lärmbelastung.
Die aktuelle Betriebsrichtung, d.h. auf welcher Bahn in welche Richtung zu einem bestimmten Zeitpunkt gestartet und gelandet wird, legt ebenfalls die Deutsche Flugsicherung fest. Dabei spielt die aktuelle Windrichtung eine entscheidende Rolle, da Flugzeuge aus flugphysikalischen Gründen in der Regel gegen den Wind starten und landen. Zum Lärmschutz ist die Nutzung der Startbahnen jedoch zwischen 22 und 6 Uhr eingeschränkt. Dann darf die Querwindbahn nicht aus Westen kommend oder in Richtung Westen beflogen werden, ebenso sind Starts auf der kleinen Parallelbahn und Landungen von Kölner Seite untersagt.
Die Airlines entscheiden, welche Flugzeugtypen sie einsetzen. Zwischen 22 und 6 Uhr dürfen jedoch nur sogenannte Bonuslisten-Flugzeuge starten. Das sind Flugzeug-Typen, die auf der Bonusliste des Bundesverkehrsministeriums veröffentlicht bzw. nach der aktuellen ICAO Annex 16 Ch.4 oder der Ch.14-Stufe zertifiziert sind. Über seine Entgeltordnung schafft der Flughafen Anreize, Flüge aus den Nachtstunden in den Tag zu verlagern und möglichst leise Flieger einzusetzen. Mit Erfolg: UPS hat im Februar 2024 den nächtlichen Regelbetrieb der MD-11 am CGN eingestellt.
Das Wetter hat gleich in mehrfacher Hinsicht Einfluss auf die Lärmbelastung. Neben der Windrichtung, die die Betriebsrichtung bedingt, können auch außergewöhnliche Wetterereignisse zu Veränderungen führen. Befindet sich zum Beispiel ein Gewitter auf der Abflugroute, kann diese in Absprache mit den DFS-Lotsen verlassen werden, um die gefährlichen Gebiete in sicherem Abstand zu umfliegen. Sogenannte Inversionswetterlagen, bei denen wärmere Luftschichten über kühleren liegen, können dazu führen, dass sich der Schall besser ausbreitet und die Lärmbelastung steigt.