כדי להיות אסטרונאוטים צריך בדרך כלל השכלה במדע, בהנדסה או ברפואה, או ניסיון כטייסים, בריאות טובה ויכולת לעבוד בצוות במצבי לחץ. האימונים נמשכים שנים: מתרגלים בבריכות ענק שמדמות ריחוף, טסים במטוסים שיוצרים ריחוף לכמה שניות, לומדים לתקן מכשירים, ולומדים שפות של השותפים — למשל רוסית או אנגלית.
בחלל האסטרונאוטים עורכים ניסויים, מתחזקים את התחנה, ולפעמים יוצאים ל״הליכת חלל״ בחליפה מיוחדת — כמו חללית קטנה בצורת אדם, שנותנת חמצן, מגינה מקור, מחום ומקרינה, ושומרת על לחץ. מאז 1961 טסו לחלל כמה מאות אנשים בלבד, ובהם שני ישראלים ואסטרונאוטים אסטרונאוטים מעשרות מדינות.