随着航天技术的进步，为了开发太空，人类需要在太空中建立长期生活和工作的基地。于是，人类在太空的新居所——空间站便被研发和建造出来。
空间站又称为“太空站”、“轨道站”或“航天站”，是一种在近地轨道长时间运行，可供多名航天员在其中生活、工作和巡访的载人航天器。与其他航天器相比，空间站的显著特点就是它要以长时间在太空稳定运行，同时在空间站中还有人类生活所需的一切基本设施。太空站在太空接纳航天员，可以使载人飞船成为只运送航天员的工具，从而简化了其内部的结构和减轻其在太空飞行时所需要的物质。这样既降低了载人飞船的设计难度，又可减少航天费用。空间站在运行时可载人，也可不载人，只要航天员启动并调试后它便可照常进行工作。这样能缩短航天员在太空的时间，减少许多消耗。
另外，当空间站发生故障时可以在太空中维修、换件，延长航天器的寿命，既增加了使用期也减少了航天费用。因为空间站能长期（数月或数年）的飞行，故保证了太空科研工作的连续性和深人性，这对研究的逐步深化和提高科研质量有重要作用。
空间站分为单一式和组合式两种。单一式空间站由运载火箭或航天飞机直接发射入轨；组合式空间站由若干枚火箭或航天飞机多次发射并组装而成。
空间站通常由对接舱、气闸舱、轨道舱、生活舱、服务舱、专用设备舱和太阳电池翼等部分组成。对接舱一般有数个对接口，可同时停靠多艘载人飞船或其他飞行器；气闸舱是航天员在轨道上出入空间站的通道；轨道舱是宇航员在轨道上的主要工作场所；生活舱是供宇航员进餐、睡眠和休息的地方，站内一般设有卧室、餐厅和卫生间等；服务舱内一般装有推进系统、气源和电源等设备，为整个空间站服务；专用设备舱是根据飞行任务而设置的安装专用仪器的舱段，也可以是不密封的构架，用以安装暴露于空间的探测雷达和天文望远镜等仪器设备；太阳电池翼通常装在站体外侧，为站上各仪器设备提供电源。
到目前为止，全世界范围内已经发射了9个空间站。按时间顺序讲，前苏联是首先发射载人空间站的国家。其礼炮1号空间站在1971年4月发射，后在太空与联盟号飞船对接成功，有3名航天员进站内生活工作近24天，完成了大量的科学实验项目，但这3名航天员乘联盟11号飞船返回地球过程中，由于座舱漏气减压，示幸全部遇难。其礼炮6、7号空间站相对大些，也有人称它们为第二代空间站。它们各有两个对接口，可同时与两艘飞船对接，航天员在站上先后创造过210天和237天长期生活纪录，还创造了首位女航天员出舱作业的纪录。
前苏联于1986年2月20日发射入轨了著名的和平号空间站。和平号空间站由工作舱、过渡舱、非密封舱三个部分组成，共有6个对接口。和平号作为一个基本舱，可与载人飞船，货运飞船，4个工艺专用舱组成一个大型轨道联合体，从而扩大了它的科学实验范围。4个专业舱都有生命保障系统和动力装置，可独立完成在太空机动飞行。其中一个是工艺生产实验舱，一个是天体物理实验舱，一个是生物学科研究舱，一个是医药试制舱。这几个实验舱可根据任务需要更换设备，成为另一种新的实验舱。1988年12月21日从和平号上归来的两名宇航员季托夫和马纳罗夫，创造了在太空飞行整整一年的新纪录。2000年底俄罗斯宇航局因和平号部件老化（设计寿命10年）且缺乏维修经费，决定将其坠毁。和平号最终于2001年3月23日坠入地球大气层，碎片落入南太平洋海域中。
美国在1973年5月14日发射成功一座叫天空实验室的空间站，它在435千米高的近圆空间轨道上运行，先后接待3批9名宇航员到站上工作。他们在站上分别居留28天、59天和84天。天空实验室全长36米，最大直径6.7米，总重77.5吨，由轨道舱、过渡舱和对接舱组成，可提供360立方米的工作场所。1973年5月25日、7月28日和11月16日，阿波罗号飞船先后将几批宇航员送上该空间站工作。在载人飞行期间，宇航员用58种科学仪器进行了270多项生物医学、空间物理、天文观测、资源勘探和工艺技术等试验，拍摄了大量的太阳活动照片和地球表面照片，研究了人在空间活动的各种现象。1974年2月第三批宇航员离开太空返回地面后，天空实验室便被封闭停用，直到1979年7月12日在南印度洋上空坠入大气层烧毁。它在太空运行了2249天，航程达14亿多千米。
国际空间站的设想是1983年由美国总统里根首先提出的，即在国际合作的基础上建造迄今为止最大的载人空间站。国际空间站于1993年完成设计并开始实施。该空间站以美国、俄罗斯为首，包括加拿大、日本、巴西和欧空局等16个国家参与研制。其设计寿命为10—15年，总质量约423吨、长108米、宽（含翼展）88米，运行轨道高度为397千米，载人舱内气压与地表面相同，可载6人。国际空间站结构复杂，规模大，由航天员居住舱、实验舱、服务舱、对接过渡舱、桁架、太阳能电池等部分组成，建成后总质量将达438吨，长108米。经过第一阶段的准备工作，1998年11月20日，国际空间站的第一个组件——曙光号功能货仓（美国出资，俄罗斯制造）发射成功，国际空间站正式进入初期装配阶段。此后，国际空间站的第2个组件——美国团结号节点舱于1998年12月4日由奋进号航天飞机送入轨道，并于12月7日与曙光号成功对接。2000年7月12日，国际空间站的核心组件、俄罗斯建造的“星辰”号服务舱发射入轨，同年11月2日，首批3名宇航员进驻空间站，国际空间站开始长期载人，11月30日，美国“奋进”号航天飞机为国际空间站送去两块翼展达72米、最大发电量为65千瓦的大型太阳能电池帆板；2001年2月7日，美国的“命运”号实验舱由“亚特兰蒂斯”号航天飞机送入轨道，4月23日，加拿大制造的遥操作机械臂与国际空间站顺利对接，7月12日，美国“亚特兰蒂斯”号航天飞机又把供宇航员出舱活动的“气闸舱”送入轨道。至此，美国和俄罗斯等国经过航天飞机、火箭等运输工具15次的飞行，完成了国际空间站第二阶段的装配工作。从2001年至2006年，国际空间站完成装配，达到6—7人长期在轨工作的能力。
目前国际空间站在技术能力方面能够超期服役至2020年，在其结束服役期前需要建造用于替换的轨道空间站。俄罗斯联邦航天署载人航天项目主管克拉斯诺夫2009年初表示，俄航天署计划建造新的轨道空间站，用于替换退役后的国际空间站。他介绍说，新的轨道站将同国际空间站一样成为科学实验基地，此外它还将扮演“太空组装车间”的角色，为星际旅行及探月做准备。
空间站将作为科学研究和开发太空资源的手段，为人类提供一个长期在太空轨道上进行对地观测和天文观测的机会。在对地观测方面，空间站比遥感卫星要优越。首先它是有人参与到遥感任务之中，因而当地球上发生地震、海啸或火山喷发等事件时，在站上的航天员可以及时调整遥感器的各种参数，以获得最佳观测效果。
空间站上的生命科学研究，可分为人体生命与重力生物学两方面。人体生命科学的研究成果可直接促进航天医学的发展，例如，通过多种参数来判断重力对航天员身体的影响，可提高对人的大脑、神经和骨骼及肌肉等方面的研究水平。
仅就太空微重力这一特殊因素来说，国际空间站就能给研究生命科学、生物技术、航天医学、材料科学、流体物理、燃烧科学等提供比地球上好得多、甚至在地球上无法提供的优越务件，直接促进这些科学的进步。同时，国际空间站的建成和应用，也有利于建造太空工厂、太空发电站，以及进行太空旅游，建立永久性居住区——太空城堡。