Selon la National Aeronautics and Space Administration, des astronautes sont envoyés dans l'espace pour exploiter la Station spatiale internationale, aider à développer des vols spatiaux commerciaux, étudier les possibilités d'exploration humaine de l'espace lointain, développer de nouvelles technologies et mener des recherches dans un large éventail de domaines scientifiques. De nombreux aspects des études scientifiques de la Terre et du reste de l'univers sont plus faciles à mener depuis l'espace.
Certains des domaines d'étude spécifiques que les astronautes explorent dans l'espace incluent l'atmosphère terrestre et le changement climatique, les origines du système solaire et de l'univers, le champ magnétique terrestre, la composition des planètes et des astéroïdes, la matière noire, les trous noirs et d'autres galaxies. Les astronautes contribuent également au développement de technologies innovantes dans des domaines tels que les satellites, les combinaisons spatiales, les engins spatiaux, la robotique et de nombreux autres domaines de recherche de pointe.
Les astronautes à bord de la Station spatiale internationale utilisent l'environnement spécial à faible gravité pour mener des recherches sur le développement de vaccins, les secours en cas de catastrophe et l'agriculture, la technologie de purification de l'eau, la technologie médicale neurochirurgicale, les ultrasons et la télémédecine. Pour l'avenir, les astronautes conçoivent des technologies et des techniques pour transporter des marchandises de la Terre vers l'espace et vice-versa, pour construire des vaisseaux spatiaux plus respectueux de l'environnement, pour faire atterrir une personne sur un astéroïde et finalement faire atterrir des personnes en toute sécurité sur Mars.
