ยานอวกาศเป็นยานพาหนะเพื่อใช้สำรวจอวกาศในโครงการต่างๆ แบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม และยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม เช่น ยานอะพอลโล นอกจากนี้ ยังมีสถานีอวกาศ ทำหน้าที่เป็นห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ในอวกาศ เพื่อประโยชน์ในการวิจัย การทดลอง หรือการประดิษฐ์คิดค้นต่างๆ

ยานอวกาศ (Spacecraft) คือ ยานพาหนะที่ออกไปนอกโลกโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจโลกหรือเดินทางไปยังดาวดวงอื่น ยานอวกาศมี 2 ประเภท คือ ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม และยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม มีแต่อุปกรณ์และเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์

ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม (Manned Spacecraft) มีขนาดใหญ่ เพราะต้องมีปริมาตรพอที่มนุษย์จะอยู่อาศัยได้ และยังต้องบรรทุกปัจจัยต่างๆ ที่มนุษย์ต้องการ เช่น อากาศ อาหาร และเครื่องอำนวยความสะดวกในการยังชีพ เช่น เตียงนอน ห้องน้ำ ดังนั้นยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมจึงมีมวลมาก การขับดันยานอวกาศที่มีมวลมากให้มีอัตราเร่งสูงจำเป็นต้องใช้จรวดที่บรรทุกเชื้อเพลิงจำนวนมาก ซึ่งทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงมาก ยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานอะพอลโล (Apollo) ซึ่งนำมนุษย์ไปยังดวงจันทร์

ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุม (Unmanned Spacecraft) มีขนาดเล็กมากเมื่อเปรียบเทียบกับยานอวกาศที่มีมนุษย์ควบคุม ยานอวกาศชนิดนี้มีมวลน้อย ไม่จำเป็นต้องใช้จรวดนำส่งขนาดใหญ่จึงประหยัดเชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม ในการควบคุมยานจากระยะไกลไม่สามารถใช้คลื่นวิทยุควบคุมได้ เนื่องจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าต้องใช้เวลาในการเดินทาง

ยกตัวอย่างเช่น ดาวเสาร์อยู่ไกลจากโลกประมาณ 1 พันล้านกิโลเมตร หรือ 1 ชั่วโมงแสง หากส่งคลื่นวิทยุไปยังดาวเสาร์ คลื่นวิทยุต้องใช้เวลานานถึง 1 ชั่วโมง ดังนั้น การควบคุมให้ยานเลี้ยวหลบหลีกก้อนน้ำแข็งบริเวณวงแหวนจะไม่ทันการณ์ ยานอวกาศประเภทนี้จึงต้องมีสมองกล หรือคอมพิวเตอร์ และระบบซอฟต์แวร์ที่ชาญฉลาด เพื่อให้ยานอวกาศสามารถตัดสินใจปฏิบัติภารกิจได้เองทุกประการ และแก้ไขปัญหาเฉพาะหน้าได้ทันท่วงที

เหตุผลอีกส่วนหนึ่ง ที่นักวิทยาศาสตร์นิยมใช้ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมในงานสำรวจระยะบุกเบิก และการเดินทางระยะไกลก็คือ ความที่ไม่ต้องคำนึงถึงปัจจัยในการดำรงชีวิตของมนุษย์ ทำให้ยานสามารถเดินทางระยะไกลได้เป็นระยะเวลานาน เหนือขีดจำกัดของมนุษย์ ยานอวกาศที่ไม่มีมนุษย์ควบคุมได้แก่ ยานแคสินี (Cassini spacecraft) ซึ่งใช้สำรวจดาวเสาร์ เป็นต้น

ยุคอวกาศเริ่มขึ้นเมื่อสหภาพโซเวียตส่งดาวเทียมสปุตนิก 1 (Sputnik 1) ขึ้นสู่อวกาศในปี พ.ศ. 2500 หลังจากนั้น การแข่งขันทางอวกาศในยุคสมัยของสงครามเย็นก็เริ่มขึ้น ดาวเทียมที่ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเป็นลำดับที่ 2 ไม่ใช่ของสหรัฐอเมริกา แต่เป็นดาวเทียมสปุตนิก 2 (Sputnik 2) ของสหภาพโซเวียต ซึ่งมีสุนัขชื่อ ไลก้า (Laika) โดยสารไปด้วย

นักบินอวกาศคนแรกของโลกก็เป็นชาวรัสเซียชื่อ ยูริ กาการิน (Yuri Gagarin) ซึ่งขึ้นสู่วงโคจรโลกด้วยยานอวกาศวอสต็อก (Vostok) ในปี พ.ศ.2504 ด้วยเหตุนี้ ประธานาธิบดีจอห์น เอฟ เคเนดี้ ของสหรัฐอเมริกาจึงสนับสนุนโครงการอะพอลโล ขององค์การ NASA จนสามารถส่งนักบินอวกาศไปเหยียบพื้นผิวดวงจันทร์ได้สำเร็จเป็นครั้งแรกของโลก นักบินอวกาศคนนั้นก็คือ นีล อาร์มสตรอง (Neil Armstrong) โดยไปด้วยยานอะพอลโล 11 (Apollo 11) เมื่อปี พ.ศ.2512

จนกระทั่งสงครามเย็นสิ้นสุดลง ประเทศมหาอำนาจต่างๆ ได้ร่วมมือกันก่อสร้างสถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) หรือ ISS ขึ้นไปโคจรรอบโลกตั้งแต่ปี พ.ศ.2541 เป็นต้นมา

สถานีอวกาศนานาชาติ (International Space Station) หรือ ISS เป็นห้องปฏิบัติการลอยฟ้าซึ่งโคจรรอบโลกที่ระยะความสูง 410 กิโลเมตร เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 27,744 กิโลเมตร/ชั่วโมง โคจรรอบโลก 1 รอบใช้เวลา 92 นาที

สร้างขึ้นด้วยความร่วมมือจาก 16 ประเทศ ได้แก่ สหรัฐอเมริกา รัสเซีย ญี่ปุ่น แคนาดา ฝรั่งเศส เยอรมนี อิตาลี เดนมาร์ก สวีเดน เบลเยียม เนเธอร์แลนด์ สเปน อังกฤษ สวิสเซอร์แลนด์ นอร์เวย์ และบราซิล โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อทำการค้นคว้า และทดลองทางวิทยาศาสตร์หลากหลายสาขา ได้แก่ ดาราศาสตร์ อุตุนิยมวิทยา วัสดุศาสตร์ ชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์

เนื่องจากสถานีอวกาศอยู่ในสภาพไร้แรงโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถทำการทดลองหรือประดิษฐ์ผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ซึ่งไม่สามารถกระทำบนพื้นผิวโลกได้ ดังนั้น สถานีอวกาศนานาชาติจึงมีความสำคัญต่ออนาคตของมนุษยชาติเป็นอย่างมาก