航天器表面材料（Spacecraft surface materials）一般为耐高温的镍基合金和铍板，以及石英纤维等各种隔热材料。大部分材料都要求具有耐高温、隔热及抗辐射等性能。

随着科学技术的高速发展，对高温合金提出越来越高的要求，为了满足航天器表面材料的性能要求，发展了镍基耐热合金等高温合金材料。镍基高温合金的含镍量超过50%，其合金化特点与金属间化合物强化相的铁基合金非常类似。

镍基合金的热处理采取固溶一时效处理，得到的组织是含有固溶强化元素Mo及W的Ni-Cr或Ni4-Cr-Co固溶体加金属间化合物的折出相。

镍基合金的热强性很高，其锻轧加工相当困难，而且铸态的使用性能比锻态还好，特别是铸态合金可以加入更多的产生强化相的元素（如Ti、Al），而无需担心热加工的困难。因此，高温工作的镍基合金大多采用铸造生产。如果采用特殊的结晶技术，控制晶粒的形状、取向和尺寸（例如利用定向结晶技术），则镍基合金热强性可进一步提高。工作温度高的镍基合金就是采用控制结晶技术来铸造的。

造成航天器表面机械损伤的是天然的流星体和人为的空间碎片。流星体相对于航天器的平均速度为20km/s，空间碎片的相对速度为11km/s左右，如此高的速度使它们具有极高的能量，每1g流星体平均具有的能量为2×105J，空间碎片具有6×104J。在它们与航天器相撞的瞬间形成压力很高的冲击波，其压力超过表面材料的强度，使撞击点附近的物质像流体一样流动；随后的压力释放过程又使撞击的和被撞击的物质加热，温度升高到足以使物质熔化和蒸发。其结果是在航天器表面留下撞击坑或形成穿孔。

流星体的数量随其质量的增加而迅速减少，大的流星体会造成灾难性后果，但碰撞概率比较低；小的流星体（常称为微流星体）碰撞概率很高，它们的单次碰撞虽然只会形成很小的撞击坑，不会造成严重的后果。小流星体因为其数量很大，大量的小撞击坑会改变航天器表面材料的性质，称为“沙蚀”，特别是光学系统的表面（如透镜、反射镜面等）会因此而无法成像；有特殊要求的温控涂层也会因辐射特性改变而不能实现设计的要求。

对航天器表面的化学损伤主要来自高层大气中的氧原子。氧原子是一种强氧化剂，具有很强的腐蚀作用，航天器高速度在其中运动，相当于将航天器浸泡于高温的氧原子气体中（60000K），其表面将被强烈腐蚀，对需要长期在低轨道上运行和工作的航天器，例如空间站，这种腐蚀效应是十分严重的。高速氧原子和表面材料相互作用的物理化学过程是很复杂和多样的，不同的航天器表面材料该过程也很不一样。它和聚合物、碳等作用形成挥发性的氧化物；和银相互作用生成不粘合的氧化物，造成表面被逐渐剥蚀；和铝、硅等材料相互作用形成粘合的氧化物，附着在航天器表面，将改变航天器表面的光学特性（发射系数、吸收系数、反射系数等）和力学特性。