Secondo la National Aeronautics and Space Administration, gli astronauti vengono inviati nello spazio per operare sulla Stazione Spaziale Internazionale, aiutano a sviluppare voli spaziali commerciali, investigano le possibilità dell'esplorazione umana dello spazio profondo, sviluppano nuove tecnologie e conducono ricerche in vasta gamma di campi scientifici. Molti aspetti degli studi scientifici sulla Terra e sul resto dell'universo sono più facili da condurre dallo spazio.
Alcune delle aree specifiche di studio che gli astronauti esplorano nello spazio includono l'atmosfera della Terra e il cambiamento climatico, le origini del sistema solare e dell'universo, il campo magnetico terrestre, la composizione dei pianeti e degli asteroidi, la materia oscura, i buchi neri e altre galassie. Gli astronauti aiutano anche a sviluppare tecnologie innovative in settori come i satelliti, le tute spaziali, i veicoli spaziali, la robotica e molti altri campi di ricerca all'avanguardia.
Gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale usano lo speciale ambiente a bassa gravità per condurre ricerche sullo sviluppo di vaccini, soccorsi in caso di catastrofi e agricoltura, tecnologia di purificazione dell'acqua, tecnologia medica neurochirurgica, ultrasuono e telemedicina remota. Per il futuro, gli astronauti stanno mettendo a punto tecnologie e tecniche per spedire il carico dalla Terra allo spazio e viceversa, costruire veicoli spaziali più ecologici, sbarcare una persona su un asteroide e infine sbarcare le persone su Marte.
