在地球大气层以外的宇宙空间，基本上按照天体力学的规律运行的各类飞行器，又称空间飞行器。世界上第一个航天器是前苏联1957年10月4日发射的“人造地球卫星1号”，第一个载人航天器是前苏联航天员加加林乘坐的“东方”号飞船，第一个把人送到月球上的航天器是美国“阿波罗11号”飞船，第一个兼有运载火箭、航天器和飞机特征的航天飞机是美国“哥伦比亚”号航天飞机。航天器为了完成航天任务，必须与运载器、航天器发射场和回收设施、航天测控和数据采集网和用户台站等互相配合，协调工作，共同组成航天系统。航天系统是大型的系统工程。航天器是执行航天任务的主体，是航天系统的主要组成部分。
美国阿波罗与前苏联联盟号宇宙飞船太空对接航天器的出现使人类的活动范围从地球大气层扩大到广阔无垠的宇宙空间，引起了人类认识自然和改造自然能力的飞跃，对社会经济和社会生活产生了重大影响。
航天器在地球大气层以外运行，摆脱了大气层阻碍，可以接收到来自宇宙天体的全部电磁辐射信息，开辟了全波段天文观测航天器从近地空间飞行到行星际空间飞行，实现了对空间环境的直接探测以及对月球和太阳系大行星的逼近观测和直接取样观测环绕地球运行的航天器从几百公里到数万公里的距离观测地球，迅速而大量地收集有关地球大气、海洋和陆地的各种各样的电磁辐射信息，直接服务于气象观测、军事侦察和资源考察等方面人造地球卫星作为空间无线电中继站，实现了全球卫星通信和广播，而作为空间基准点，可以进行全球卫星导航和大地测量利用空间高真空、强辐射和失重等特殊环境，可以在航天器上进行各种重要的科学实验研究。
航天器分为无人航天器和载人航天器。无人航天器按是否环绕地球运行分为人造地球卫星和空间探测器。通常，航天器分为人造地球卫星、空间探测器和载人航天器，它们按用途和飞行方式还可进一步分类。
简称人造卫星，是数量最多的航天器，约占航天器总数的90％以上。它按用途分为科学卫星、应用卫星和技术试验卫星。科学卫星用于科学探测和研究，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星等。应用卫星是直接为国民经济和军事服务的人造卫星。应用卫星按用途分为通信卫星、气象卫星、侦察卫星、导航卫星、测地卫星、地球资源卫星、截击卫星和多用途卫星等。应用卫星按是否专门用于军事又可分为军用卫星和民用卫星，有许多应用卫星是军民兼用的。
又称深空探测器，按探测目标分为月球探测器、行星和行星际探测器。各种行星和行星际探测器分别用于探测金星、火星、水星、木星、土星和行星际空间。美国1972年3月发射的“先驱者10号”探测器，并于1983年6月13日飞出海王星的轨道。
按飞行和工作方式分为载人飞船、空间站和航天飞机。载人飞船包括卫星式载人飞船和登月载人飞船。航天飞机既是航天器又是可重复使用的航天运载器。
国际科学联合会空间研究委员会规定，凡进入空间运行轨道的航天器、运载火箭末级和碎片等人造天体均使用统一国际编号。从1957年到1962年12月31日，航天器和其他人造天体的编号是发射年度序号加上希腊字母，后者表示年度内的发射次序。同一次发射的多个人造天体，用附标阿拉伯数字来区别，按它们的亮度或其他指标编排顺序。由于航天器发射数量日益增加，这种编号方法已不适用。从1963年1月1日起采用新的编号方法，原希腊字母改为三位阿拉伯数字，原附标改为拉丁字母与阿拉伯数字易混淆的字母不采用，按航天器、运载火箭末级、碎片等次序排列。例如，中国第一颗人造卫星“东方红1号”的编号是1970－034，运载火箭末级的编号是1970－034。
航天器在天体引力场作用下，基本上按天体力学的规律在空间运动。它的运动方式主要有两种：环绕地球运行和飞离地球在行星际空间航行。环绕地球运行轨道是以地球为焦点之一的椭圆轨道或以地心为圆心的圆轨道。行星际空间航行轨道大多是以太阳为焦点之一的椭圆轨道的一部分。航天器克服地球引力在空间运行，必须获得足够大的初始速度。环绕地球运行的航天器，如人造地球卫星、卫星式载人飞船和航天站等要在预定高度的圆轨道上运行，必须达到这一高度的环绕速度，速度方向与当地水平面平行。在地球表面的环绕速度是7.9公里/秒，称为第一宇宙速度。高度越高，所需的环绕速度越小。无论速度大于或小于环绕速度，或者速度方向不与当地水平面平行，航天器的轨道一般变成一个椭圆，地心是椭圆的焦点之一。若速度过小或速度方向偏差过大，椭圆轨道的近地点可能降低较多，甚至进入稠密大气层，不能实现空间飞行。航天器在空间某预定点脱离地球进入行星际飞行必须达到的最小速度叫做脱离速度，预定点高度不同，脱离速度也不同。在地球表面的脱离速度称为第二宇宙速度。从地球表面发射飞出太阳系的航天器所需的速度称为第三宇宙速度。实现恒星际航行则需要更大的速度。