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En 2004, KLM et Air France ont fusionné afin de créer le groupe Air France-KLM, cinquième groupe aérien mondial par chiffre d'affaires, et desservant 326 destinations à travers le monde via d'importantes plateformes de correspondance comme l'aéroport de Paris-Charles-de-Gaulle ou l'aéroport d'Amsterdam-Schiphol. Membre de SkyTeamdepuis septembre 2004, elle partage, depuis le
6 juin 2005, son programme de fidélisation Flying Blue avec Air France.
KLM possède 100 % de KLM Cargo, 100 % de KLM Cityhopper, 100 % de Transavia Airlines, 100 % de Martinair Holland (depuis le
1er janvier 2009 ; 50 % jusque-là) et 26 % de Kenya Airways.