No quiero complicarlo de más, pero tu pregunta puede entenderse de varias maneras. Así que por partes:
1) Qué determina que un avión despegue en un sentido de la
pista y no en otro?
Como ya dijeron: el viento. En general, quieres despegar con viento de frente porque a final de cuentas las alas generan sustentación por la velocidad del viento que circula sobre ellas. Entonces, supongamos necesitas 130 nudos para despegar y el viento es de 15 nudos, con el mismo rumbo de la pista. Si despegas contra el viento, necesitas alcanzar 15 nudos menos de velocidad respecto al terreno (el avión iría a 115 nudos, más los 15 nudos del viento) y por lo tanto usas menos pista. En cambio, si despegar con viento a favor (viento de cola), vas a necesitas muchísima más pista: debes alcanzar 145 nudos respecto al terreno. Esto pudiera, en ciertos escenarios, ser inseguro (avión no certificado para despegar o aterrizar con tanto viento de cola, se te puede acabar la pista si vas pesado,...)
Ahora, la torre de control monitorea las condiciones meteorológicas y va a determinar qué sentido de la pista se estará usando (pista activa). Si cambian las condiciones, verifican si pueden seguir usando la misma dirección para despegues/aterrizajes o las cambian.
Hay casos en aeropuertos donde no hay trafico y cuando no hay viento, que se llega a autorizar despegar en el sentido opuesto cuando hay motivos cómo ahorrar combustible. Eso me llegó a tocar en BJX un par de veces, donde claramente un avión de Aerolíneas Internacionales pidió autorización para despegar en otra dirección para ahorrar tiempo de itinerario y combustible (el vuelo iba al NW y pidieron salir por la pista 31 en lugar de la 13, que era la activa).
2) Hay procedimientos para acercarse y alejarse de aeropuertos que permiten alejarse/descender de forma ordenada al aeropuerto. Esos procedimientos permiten que el avión se mantenga alejado de obstáculos (cerros, antenas, edificios) aún sin visibilidad, y que mantengan su separación con otros aviones. Por ejemplo, si los aviones que llegan a MEX suelen pasar por el VOR Mateo y rara vez llegan directo desde el sur se debe a que, si quisieras bajar en línea recta desde el sur, te estorban las montañas del sur del DF.
Igualmente, hay que pensar en otros aeropuertos. El mejor ejemplo que puedo visualizar es en Londres, donde tienes 6 aeropuertos para la misma ciudad y si no diseñas bien los procedimientos, los aviones pueden estorbarse (por ejemplo: el avión que baja a un aeropuerto se acerca demasiado a los aviones que salen de otro).