Potrivit Administrației Naționale de Aeronautică și Spațială, astronauții sunt trimiși în spațiu pentru a opera Stația Spațială Internațională, pentru a ajuta la dezvoltarea spațiului comercial, a investiga posibilitățile explorării umane a spațiului adânc, a dezvolta noi tehnologii și a desfășura activități de cercetare într- o gamă largă de domenii științifice. Multe aspecte ale studiilor științifice ale Pământului și ale restului universului sunt mai ușor de efectuat din spațiu.
Unele dintre zonele specifice de explorare a astronauților în spațiu includ atmosfera Pământului și schimbările climatice, originile sistemului solar și universul, câmpul magnetic al Pământului, compoziția planetelor și asteroizilor, materia întunecată, găurile negre și alte galaxii. Astronauții ajută, de asemenea, la dezvoltarea tehnologiilor inovatoare în domenii precum sateliții, colecțiile de salvare, nave spațiale, robotică și multe alte domenii de cercetare de vârf.
Astronautii de la bordul statiei spatiale internationale folosesc mediul special de joasa gravitate pentru a efectua cercetari in domeniul dezvoltarii vaccinurilor, al ajutorului in caz de dezastre si al agriculturii, tehnologiei de purificare a apei, tehnologiei medicale neurochirurgice, ultrasunetelor si telemedicinei la distanta. Pentru viitor, astronautii inventeaza tehnologia si tehnicile pentru a transporta marfa de pe Pamant spre spatiu si inapoi, pentru a construi nave spațiale mai ecologice, pentru a ateriza o persoana pe un asteroid si, eventual, a ateriza pe oameni in siguranta pe Marte.
