人造地球卫星与
空间探测器的结构材料大多采用铝合金和镁合金，要求高强度的零部件则采用钛合金和不锈钢。为了提高刚度和减轻重量，已开始采用高模量
石墨纤维增强的新型复合材料。卫星体和仪器设备表面常覆有温控涂层，利用热辐射或热吸收特性来调节温度。航天器上的大面积太阳翼初期为铝合金加筋板或夹层板结构，后来改用石墨纤维复合材料作面板的铝蜂窝夹芯结构，更先进的轻型太阳翼则以石墨纤维复合材料作框架，蒙上
聚酰胺薄膜。面积更大的柔性太阳翼全部由
薄膜材料制成。大型
抛物面天线是现代卫星的重要组成部分，原来多采用铝合金或玻璃钢制造，但随着天线指向精度的提高，已改用
热膨胀系数极小的
轻质材料。石墨和芳纶在一定的温度范围内具有负膨胀系数，可通过材料的铺层设计制造出膨胀系数接近于零的复合材料，从而成为制造天线的基本材料。超大型天线需制成可展开的伞状，其骨架由铝合金或复合材料制成，反射面为涂有特殊涂层的
聚酯纤维网或镍-铬金属丝网。卫星体内还使用多层材料、
工程塑料、玻璃钢等作为
隔热材料，用
二硫化钼固体润滑剂等作为运动部件的润滑材料，用硅橡胶等作为舱室的密封材料。
载人飞船各舱段的结构材料大多是铝合金、镁合金和钛合金。载人舱段的侧壁采取辐射防热措施，外蒙皮为耐高温的
镍基合金或铍板，内部结构为
耐热钛合金。外蒙皮与内部结构之间填以
石英纤维等各种隔热材料。载人舱靠外蒙皮的高辐射特性和隔热层的良好的隔热特性，保持舱内有适宜的工作温度。载人舱的头部经受的热流高，须采用与导弹头部相似的
烧蚀材料。
航天飞机的轨道器大部分用铝合金制造。支承主发动机的推力结构用钛合金制造；中机身的部分主框采用以硼纤维增强铝合金的
金属基复合材料；货舱舱门用石墨纤维增强
环氧树脂复合材料作面板的特制纸蜂窝夹层结构。航天飞机使用百次左右，再入大气层时的防热是一个重要的问题，因此使用了各类表面隔热材料，其中主要是新型陶瓷隔热瓦。