Cette nouvelle famille de la gamme Air Tractor, et dont les essais ont débuté en 1984, se distingue des AT-300 et AT-400 par une voilure portée de 13,75 m à 15,2 m et un fuselage allongé de 56 cm, ce qui permet d’augmenter la capacité de la trémie (1 890 litres) et de prévoir un second siège, utilisable par un mécanicien, un instructeur, etc.
Air Tractor AT-501 : Le modèle de base biplace, dont le premier vol remonte au , qui conserve un moteur en étoile Pratt & Whitney R-1340.
Air Tractor AT-502 : Monoplace dont le prototype a volé en . Une turbine Pratt & Whitney PT6A-15R de 680 ch.
Air Tractor AT-502A : Premier vol en , remotorisation avec 1 Pratt & Whitney PT6A-45R de 1100 ch.
Air Tractor AT-502B : Turbine PT6A-15AG de 680 ch.
Air Tractor AT-503 : Principale version de série, apparue en 1986. Biplace équipé d’une turbine Pratt & Whitney PT6A-45R de 1100 ch.
Air Tractor AT-503A : Sorti en 1990, c’est un biplace d’école en double commande à turbine Pratt & Whitney PT6A-34 de 750 ch et voilure courte, identique à celle du AT-401.
(en) R. W. Simpson, Airlife's general aviation : a guide to postwar general aviation manufacturers and their aircraft, Shrewsbury, Airlife, , 2e éd. (1re éd. 1991), 446 p. (ISBN978-1-853-10577-7, OCLC34412492).
(en) Michael John Haddrick Taylor, Bill Gunston et al. (préf. John W.R. Taylor), Jane's encyclopedia of aviation, London, Studio Editions, , 948 p. (ISBN978-1-851-70324-1, OCLC28177024)