美国对航天的探索最初落后于前苏联。前苏联成功发射第一颗人造地球卫星并把第一名航天使者送入太空的成就，使美国受到强烈刺激。为了打破前苏联的航天优势，1961年5月25日，美国总统肯尼迪批准了航空航天局的“阿波罗”登月计划，并在国会上表示美国将在十年之内将人送上月球。虽然这个计划对当时的美国来说非常困难，但为了解决技术上的难题，美国几乎动用它所有的资源，通过不断总结经验，终于在1969年7月21日实现了登月梦。至此，人类探索太空的旅程翻开了新的一页。接着，航天飞机出现，航天站升空，载人航天技术日渐成熟，人类在航天科学上取得了一个又一个的进步。而新中国也取得了一系列辉煌的成就。
美国的初期航天活动
和前苏联一样，第二次世界大战结束后，美国也立即着手研制自己的洲际导弹和人造地球卫星。美国拥有世界上最雄厚的经济实力、最优秀的技术、最优秀的人才。二次大战结束后，美国俘获了以布劳恩为首的共492位德国导弹和火箭专家。他们是一些最优秀的技术人才，过去在希特勒统治下，曾在世界上首先研制成功V-1和V-2导弹。现在这些专家已为美国服务，继续从事运载火箭技术的研究工作。美国还将装满V-2导弹各种部件的约300辆货运车用船从德国运到了美国。一位美国将军说，德国领先的火箭专家以及V-2导弹部件能使美国节约5000万美元和5年研究时间。后来在布劳恩领导下研制成功威力极大的“土星5”运载火箭，曾保证“阿波罗”飞船登月计划的成功。
美国对自己的优越条件充满信心，因此早在1948年就向全世界宣布打算发射一颗地球近地轨道人造卫星，并着手进行这项研制工作。1955年，美国根据运载火箭及卫星研制情况又向世界宣布发射它的人造地球卫星的时间表，即在1957至1958年发射。1958年1月，美国实现了自己的计划，将他们的第一颗人造地球卫星送入了地球轨道，卫星重量83千克。如果和前苏联的第一颗人造地球卫星相比较，美国的第一颗卫星发射时间晚了一个季度，而重量只有前苏联卫星重量的1/10。给人们的一种印象是美国的成就似乎和他们的经济技术实力不相称。
但是自此以后，美国的卫星发射数量在不断地增加，而且也占了好几个世界第一。
1958年12月18日，美国发射了世界上第一颗通信卫星“斯科尔”号，并通过它向大西洋两岸国家播放了艾森豪威尔总统的圣诞节录音；
1960年4月1日，美国发射了第一颗气象卫星“泰罗斯1”号；
1960年4月13号，发射了第一颗导航卫星“子午仪1B”号；
1963年2月14日，美国又发射了第一颗地球同步轨道试验通信卫星“辛康1”号；
……
事实上，美国发射卫星主要也是出于军事目的，如侦察卫星系列、电子情报卫星系列、国防通信卫星系列、国防气象卫星系列、军事导航卫星和军事海洋监测卫星、全球定位卫星等。在民用卫星方面，美国主要发展了如气象卫星、陆地卫星、海洋卫星、通信卫星、星际探测器等。
美国的航天技术与前苏联相比，可谓后来居上。
世界各国对航天的探索在第一颗人造地球卫星发射成功之后，美国开始了“水星”号载人航天飞船的研制工作。然而，与前苏联的“东方”号飞船计划相比，美国载人航天初始阶段的“水星”号计划开始进行得很不顺利。例如，1961年5月5日，即前苏联成功实现世界第一次载人航天之后的23天，由于小艾伦·谢泼德中校所乘的“水星3”号使用的“红石”号运载火箭推力不足，只做了一次直上直下的亚轨道飞行。这次飞行持续了15分22秒，全程478千米，最大飞行高度185千米。在飞行过程中，有一分钟时间是在失重状态下进行的，最后这艘飞船溅落于大西洋，由直升机将它回收。10个星期后，弗吉尔·格里索姆上校又作了一次类似的亚轨道飞行，显得更不顺当。在座舱溅落洋面时，飞船的应急出口莫明其妙地突然炸开，海水顷刻间涌入座舱，使飞船急速下沉。幸好一架救护直升机及时赶到并放下潜水员奋力抢救，格里索姆才没有葬身海底。
美国在1962年2月20日，用“宇宙神D”型运载火箭，将重约13～18吨的由海军中校约翰·格林乘坐的“水星”号飞船送入地球轨道。飞船绕地球运行3圈、历时4小时55分23秒，然后在大西洋海面安全溅落。
虽然约翰·格林有幸成为美国太空第一人，却也历经险境。在飞船飞行当中，由于密封舱的姿态控制系统出了故障，曾迫使格林转入手控操纵。这时飞船向地面传回信号，报告格林操作失误，座舱防热罩可能与座舱分离，失去防热罩的座舱在返回大气层后将与空气产生摩擦而被烧毁。地面测控中心工作人员收到这个消息后大惊失色。后来证实防热罩没有与座舱分离。飞船发回的是错误信号，真是有惊无险。继约翰·格林之后，美国又用“水星”号飞船分别把3名航天员送入太空。美国“水星”号计划和前苏联“东方”号计划在1963年相继结束，同样是6人6次升空，美国完成轨道飞行的只有4人，飞行时间共53小时；而前苏联是6人完成轨道飞行，飞行时间为382小时。经历航天初期的不顺当之后，美国开始走向航天科技的快速发展。很快研制出“土星5”运载火箭。它的总功率达2亿马力，相当于50万辆卡车的总动力，能把127吨的有效载荷送入地球轨道、50吨的有效载荷送入月球轨道，达到空前技术水平。
在前苏联1961年4月12日把世界上第一名宇航员加加林送上天的不到一个月的时间里，美国便于1961年5月5日发射了“水星”飞船，也把一名宇航员送入太空，而且它首先用一艘飞船把两名宇航员送入太空，这点比前苏联人领先一步。
同时，美国在航天飞机的研制和实际应用上，也大大超过了前苏联。最为壮观的当属美国人的“阿波罗”登月活动。从1969年7月到1972年12月，美国人6次成功地登月飞行，先后把12名宇航员送上月球，这是一项在人类历史上了不起的创举。
1958~1984年，美国发射人造地球卫星923颗，仅次于前苏联。而美国研制的照相侦察卫星的地面分辨率达到03米，通信卫星的容量达到12000多条话路。
在深空探测方面，美国也不甘落后，1958~1968年先后用“先驱者”号探测器、“徘徊者”号等探测器探测了月球，同时还发射了火星探测器和木星探测器等。
“水星”号计划中航天员的选拔
1958年，在“水星”计划的早期，人们尚不清楚什么类型的人能够胜任宇航员的位置，曾考虑过的几种类型包括特技替身演员、马戏团演员、游泳运动员和赛车手。艾森豪威尔总统曾做出决定，认为宇航员应该是军事飞行员。此外，他们应该接受过大学教育，已建立了家庭，具有中等身高和体格，健康状况极好并且热衷于驾驶先进的飞行器。于是，美国国家航空和航天局的官员们开始筛选军事飞行员的服役记录。他们把范围从508人缩小到110人，这些飞行员分别来自海军陆战队、海军和空军。110名飞行员当中有69人报到，参加筛选测试，最终，有32人被选中并同意接受进一步测试。这些测试包括全面的医学和心理评估以及强重力加速度、振动和隔离等环境下的耐压测试。经过数年的准备，初次飞行的安排被确定下来：谢泼德将是第一个进入太空的美国人，然后是格里索姆，再接着是格伦。
新型航天运载工具——航天飞机
1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架“创业”号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次载人用飞机背上天空试飞，参加试飞的是宇航员海斯和富勒顿两人。8月12日，载人在飞机上飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
树立在平台上的航天飞机
航天飞机是一种垂直起飞、水平降落的载人航天器，它以火箭发动机为动力发射到太空，能在轨道上运行，且可以往返于地球表面和近地轨道之间，是可部分重复使用的航天器。它由轨道器、固体燃料助推火箭和外储箱三大部分组成。固体燃料助推火箭共两枚，发射时它们与轨道器的三台主发动机同时点火，当航天飞机上升到50千米高空时，两枚助推火箭停止工作并与轨道器分离，回收后经过修理可重复使用20次。外储箱是个巨大壳体、内装供轨道器主发动机用的推进剂，在航天飞机进入地球轨道之前主发动机熄火，外储箱与轨道器分离，进入大气层烧毁，外储箱是航天飞机组件中唯一不能回收的部分。航天飞机的轨道器是载人的部分，有宽大的机舱，并根据航天任务的需要分成若干个“房间”。有一个大的货舱，可容纳大型设备，轨道器中可乘载3名职业航天员（如指令长或机长、驾驶员、任务专家等）和4名其他乘员（非职业航天员），其舱内大气为氮氧混合气体。航天飞机在太空轨道完成飞行任务后，轨道器下降返航，像一架滑翔机那样在预定跑道上水平着陆。轨道器可重复使用100次。
航天飞机是一种为穿越大气层和太空的界线（高度100千米的卡门线）而设计的火箭动力飞机。它是一种有翼、可重复使用的航天器，由辅助的运载火箭发射脱离大气层，作为往返于地球与外层空间的交通工具，航天飞机结合了飞机与航天器的性质，像有翅膀的太空船，外形像飞机。航天飞机的翼在回到地球时提供空气煞车作用，以及在降跑道时提供升力。航天飞机升入太空时跟其他单次使用的载具一样，是用火箭动力垂直升入。因为机翼的关系，航天飞机的酬载比例较低。设计者希望以重复使用性来弥补这个缺点。
虽然世界上有许多国家都陆续进行过航天飞机的开发，但只有美国与前苏联实际成功发射并回收过这种交通工具。由于前苏联解体，相关的设备由哈萨克接收后，受限于没有足够经费维持运作使得整个太空计划停摆，因此目前全世界仅有美国的航天飞机机队可以实际使用并执行任务。
1981年4月12日，在卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心聚集着上百万人，参观第一架航天飞机“哥伦比亚”号航天飞机发射。宇航员翰·杨和克里平揭开了航天史上新的一页。
从1981年至1993年底，美国一共有5架航天飞机进行了59次飞行，其中“哥伦比亚”号航天飞机15次，“挑战者”号10次，“发现”号17次，“亚特兰蒂斯”号12次，“奋进”号5次。每次载宇航员2~8名，飞行时间2~14天。在12年中，已有301人次参加航天飞机飞行，其中包括18名女宇航员。航天飞机的59次飞行中，在太空施放卫星50多颗，载2座空间站到太空轨道，发射了3个宇宙探测器，1个空间望远镜和1个γ射线探测器，进行了卫星空间回收和空间修理，开展了一系列科学实验活动，取得了丰硕的探测实验成果。
航天飞机除可在天地间运载人员和货物之外，凭着它本身的容积大、可多人乘载和有效载荷量大的特点，还能在太空进行大量的科学实验和空间研究工作。它可以把人造卫星从地面带到太空去释放，或把在太空失效的或毁坏的无人航天器，如低轨道卫星等人造天体修好，再投入使用，甚至可以把欧空局研制的“空间实验室”装进舱内，进行各项科研工作。
美国航天策略的改变
在航天飞机进行了40多次的航行之后，美国突然改变航天策略，决定要尽快发展一种新型运载火箭，用以承担空间计划中大部分航天飞机承担的货运任务；客运则用一种先进、简单、安全可靠的载人飞船来进行。到21世纪初，航天飞机的飞行次数将减少到最低限度，同时取消订购第五架航天飞机轨道器的计划。
在航天飞机首航成功10年之后，美国决心作如此重大策略转变，不能不说这是不得已的，原因也是多方面的，最主要的原因是航天发展战略上的决策不当。
首先是对航天飞机的期望过高。20世纪70年代，美国认为，用航天飞机取代耗资巨大的一次性运载发射系统势在必行。航天飞机由2~3名航天员驾驶，每架至少可以重复使用100次，使人们有可能花较少的钱定期飞向空间。他们说，以前美国和前苏联的航天员在返回地球时，只能“扑通”一声掉入大海，或者是坠落在中亚地区的沙漠里；而航天飞机的航天员将能在传统的飞机跑道上降落，然后从容地步出机舱。航天飞机的设计师们确信，这种飞行器将会同船舶和飞机的作用一样，在人类未来经济生活中起极其重要的作用。人们认为，以“阿波罗”登月为开端的冒险精神，将通过航天飞机研制计划过渡到扎扎实实的空间开发。