Uzay istasyonları, dünyanın etrafında belirli bir yörüngede dolanan, bilimsel araştırmaların gerçekleştirilmesi için bilgi sağlayan yapay uydulardır. Uzay istasyonları, genellikle her biri yörüngeye ayrı ayrı gönderilen ve uzayda birleşen çok sayıda modülden oluşur. Uzay istasyonları, mürettebatın, yer çekiminin sıfır olduğu uzayda uzun süreli çalışabilmesini sağlar. Uzay kapsüllerindeki ve uzay mekiklerindeki koşullar sıkışıktır. Son teknolojiyle geliştirilmiş olan bu istasyonlar, astronotların hem yaşayabilecekleri hem de deneyler yapabilecekleri bir ortam olarak hazırlanmıştır.
Uzay istasyonları uzayda uzun süre kalmak üzere uyarlanmıştır. Roketler veya uzay mekikleri uzay istasyonuna hava ve yiyecek temin eder ve genellikle mürettebat değişimini sağlarlar.
Rus Mir gibi uzay istasyonları ve bu istasyonların mürettebatları uzayda çok uzun bir süre kalmışlardır. Şu ana kadar yapılan uzay istasyonları alçak Dünya yörüngesine gönderilmiştir. Uzay istasyonlarının diğer uzay araçlarından başlıca farkı, hareket etmek için büyük roketlerinin olmamasıdır. Uzay istasyonlarına gitmek için roketi olan diğer uzay araçları kullanılır. Uzay istasyonları, yörüngede haftalarca, aylarca, hatta yıllarca kalmak üzere tasarlanırlar.
Uzay istasyonları, uzayda uzun süre kalmanın organizma üzerindeki etkilerini araştırmak için kullanıldıkları gibi ağırlıksız ortamda çeşitli bilimsel deneyler yapmak için de uygun bir mekân sunarlar. Hâlen uzayda en uzun kalma rekoru, Mir uzay istasyonunda 437,7 gün kalan Valeri Polyakov’a aittir.
