I veicoli spaziali sono soggetti a una gamma di variazioni di temperatura, pressione e accelerazione, ei materiali da cui sono costruiti, principalmente titanio, vanadio e compositi sofisticati, devono resistere a questi estremi senza guasti strutturali. Inoltre Per essere forti, i materiali della navicella spaziale devono anche essere leggeri, poiché il costo del sollevamento dei carichi utili nello spazio è uno dei principali fattori limitanti delle missioni.
Il titanio è, in molti modi, un materiale ideale per la costruzione di veicoli spaziali. È forte, leggero e tollerante alle variazioni estreme di temperatura e pressione. Ci sono limiti a ciò che il titanio può tollerare, tuttavia, e la NASA è sempre stata disposta ad usare materiali molto più esotici nella costruzione delle sue sonde e dei suoi veicoli spaziali.
I materiali compositi sono scelte popolari per supporti strutturali e pannelli di fusoliera. I materiali compositi, come la fibra di carbonio e la pellicola di Kevlar, possono essere sintetizzati per soddisfare gli standard più esigenti e adattati alle specifiche esatte del componente in costruzione.
L'alluminio è anche un componente comune dei sistemi di veicoli spaziali secondari. Come il titanio, l'alluminio è leggero e resistente, anche se non nella stessa misura. Il serbatoio esterno utilizzato dalla navetta spaziale è in gran parte in alluminio, sebbene non sia necessario viaggiare fino allo spazio con lo shuttle.
