El espacio es un medio hostil para el ser humano. No contiene aire ni oxígeno, por lo que se hace imposible respirar. Si no se lleva la protección adecuada el vacío del espacio puede matar por descompresión a una persona en pocos segundos. En el espacio la temperatura a la sombra de un planeta puede alcanzar valores cercanos al cero absoluto. En cambio, bajo radiación solar directa, la temperatura es tan elevada que puede alcanzar niveles mortales. Las radiaciones de la energía solar y cósmica del espacio pueden resultar fatales para una persona que no cuente con la protección atmosférica. Las condiciones del ambiente pueden llegar a afectar a los instrumentos de las naves espaciales, por lo que se tienen en cuenta a la hora de diseñarlos y fabricarlos. Se han efectuado numerosos experimentos sobre ingravidez a largo plazo para averiguar sus efectos en las tripulaciones de las naves espaciales (véase Medicina aeroespacial).
Hay varias formas para protegerse de las condiciones ambientales del espacio. Los astronautas van en cabinas cerradas herméticamente, o dentro de trajes espaciales, provistos de aire u oxígeno a presión que reproducen las condiciones de la Tierra. La temperatura y humedad se controlan por aire acondicionado. Las superficies de la nave están diseñadas para regular la cantidad de radiación de calor que absorbe o refleja la nave. Los viajes espaciales están programados para evitar los intensos cinturones de radiación alrededor de la Tierra. En los futuros viajes interplanetarios serán necesarias fuertes protecciones frente a las tormentas de radiación solar. En los viajes de larga duración y en órbitas terrestres prolongadas los efectos de la falta de gravedad pueden reducirse mediante la rotación de la nave, que reproduce la gravedad de forma artificial. Es por ello que las naves espaciales se podrían construir en forma de gran rueda que gira despacio sobre su eje, o como una pesa que rota sobre sí misma.
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