Selv om de fleste amerikanske astronauter oprindeligt var testpiloter, havde dette krav mere at gøre med deres evne til at klare sig effektivt i højspændte situationer end med deres pilotfærdigheder, da de rumfartøjer, der blev brugt i Mercury-, Gemini- og Apollo-programmerne, havde begrænset manøvreevne i kredsløb og kom tilbage til Jorden ved hjælp af faldskærme til genindflyvning. Fra 1978 og fremkomsten af rumfærgen, der fungerede som et laboratorium og et operationscenter i kredsløb og derefter som et hurtigt og vanskeligt kontrollerbart svævefly, da den kom tilbage i atmosfæren og fløj til en landingsbane, udvalgte NASA (National Aeronautics and Space Administration) to typer af personer som astronautkandidater. Den ene gruppe skulle have omfattende flyveerfaring i jetfly. Disse astronautkandidater blev uddannet til at fungere som rumfærgepiloter og senere som kommandanter for rumfærgemissioner. Den anden gruppe blev udvalgt til at blive astronauter som missionsspecialister. Det var ikke et krav, at disse kandidater skulle være piloter (selv om nogle var det), men derimod personer med avanceret videnskabelig, medicinsk eller teknisk uddannelse eller erfaring. Fra 1992 blev en række personer fra forskellige lande i forventning om at deltage i missioner til den internationale rumstation (ISS) internationale missionsspecialiserede astronautkandidater.
Missionsspecialister blev uddannet til at have hovedansvaret under en mission for at betjene rumfærgens eller rumstationens systemer og udføre nyttelast og eksperimentelle aktiviteter. Missionsspecialister udførte også ekstravehiculære aktiviteter (rumvandringer).
Ud over piloter og missionsspecialiserede astronauter var der en tredje kategori af personer, der tog ud i rummet med rumfærgen: nyttelastspecialisterne. De udførte eksperimenter eller nyttelastaktiviteter, som de var særligt fortrolige med. Selv om de i offentligheden var kendt som astronauter, gennemgik nyttelastspecialisterne ikke en formel udvælgelse eller uddannelse til astronaut og blev ikke udpeget som NASA-karriereastronauter. De havde dog en uddannelse og træning, der var tilpasset deres ansvarsområder i forbindelse med missionen. En nyttelastspecialist til en bestemt rumflyvning blev udpeget af NASA, et ikke-amerikansk rumagentur eller en sponsor af en nyttelast. I 1980’erne fløj to kongresmedlemmer om bord på rumfærgen som nyttelastspecialister, og lærer Christa McAuliffe var “lærer i rummet”-nyttelastspecialist på den forliste Challenger-mission. Den første amerikanske astronaut i kredsløb om Jorden, John Glenn, vendte tilbage til rummet som en af rumfærgens nyttelastspecialister i oktober 1998. De fleste nyttelastspecialister foretog kun én rumrejse.
Astronautkandidater kan komme fra enten det civile eller militære liv. Alle (undtagen kandidater til uddannelsesmissionsspecialister) skal have en universitetsuddannelse inden for ingeniørvidenskab, biovidenskab eller fysisk videnskab eller matematik. Både mænd og kvinder kan ansøge som enten pilot eller missionsspecialistkandidat. En person, der ønsker at blive astronaut, skal indsende en formel ansøgning til NASA og gennemgå en streng screeningsproces bestående af personlige samtaler, medicinske vurderinger og en orientering om rumprogrammet. Ifølge NASA forventes de udvalgte at være holdspillere og højt kvalificerede generalister med en vis grad af individualitet og selvtillid. Gennemsnitsalderen for en person, der er udvalgt som NASA-astronautkandidat, har ligget i midten af 30’erne. Den maksimale højde for en astronautkandidat er nu 193 cm (6 fod 4 tommer); den minimale højde er 149 cm (4 fod 10,5 tommer), selv om piloter skal være mindst 163 cm (5 fod 4 tommer).
Astronautkandidater deltager i et intensivt træningsprogram på et til to år på NASA’s Johnson Space Center i Houston. De lærer rumfærge- og rumstationssystemer, styring og navigation, orbital dynamik og materialeforarbejdning samt matematik, geologi, meteorologi, oceanografi, astronomi og fysik. De bliver også trænet i overlevelse på land og til søs, dykning, rumdragter og vægtløshed. Når kandidaterne har gennemført deres uddannelse med succes, bliver de udnævnt til NASA-karriereastronauter.
Når en astronaut er blevet tildelt en bestemt mission, træner han eller hun og de andre medlemmer af besætningen sammen i en række måneder for at forberede sig på de specifikke aktiviteter under deres rumflyvning. Dette kan omfatte russisk undervisning, hvis de skal være en del af en besætning med lang varighed på ISS. De bruger en række simulatorer og andet udstyr under deres træning for at gøre sig fortrolige med de planlagte missionsaktiviteter og for at reagere på simulerede nødsituationer og andre afvigelser fra normale operationer.
Med afslutningen af rumfærgeprogrammet og fremkomsten af missioner af lang varighed på ISS er sondringen mellem pilot-astronauter og missionsspecialister forsvundet; en astronaut med begge baggrunde kan være kandidat til at blive udstationeret på en mission på stationen. Mellem deres rumflyvningsopgaver påtager astronauterne sig en række forskellige opgaver inden for NASA, lige fra missionskontrolkommunikatorer (der opretholder kontakten med deres kolleger i rummet) til ledende chefer.
I det russiske rumprogram har der traditionelt været to kategorier af kosmonauter – missionskommandører (som normalt er piloter) og flyingeniører. Ligesom i USA skal kosmonautkandidater gennemgå en streng fysisk undersøgelse, der undertiden strækker sig over flere måneder, for at vurdere deres egnethed til langvarige flyvninger. Uddannelsen af kosmonautkandidater, som finder sted på Yury Gagarin Cosmonaut Training Centre i Star City, Rusland, nær Moskva, omfatter to år med generelle emner vedrørende rumflyvning, hvorefter de udnævnes til kosmonauter, og derefter op til to års træning i rumflyvningens udstyr. Først derefter kan en person tildeles en specifik mission, og der kræves et eller flere års yderligere træning før opsendelsen. I modsætning til den amerikanske astronautuddannelse, som indtil slutningen af 1990’erne lagde vægt på de specifikke opgaver, der skal udføres på en kort rumfærgemission, har den tidligere sovjetiske og nu russiske uddannelse lagt vægt på den generelle rumflyvning og de problemløsningsfærdigheder, der er forbundet med længere ophold i rummet. Siden slutningen af 1990’erne har den amerikanske astronautuddannelse bevæget sig i retning af en lignende tilgang for de astronauter, der forbereder sig på at blive på ISS.
Ud over astronautuddannelsesprogrammerne i USA, Rusland og Kina, som er de eneste lande, der har løfteraketter og rumfartøjer, der kan transportere mennesker til rummet, har Den Europæiske Rumorganisation, Japan og Canada, der består af 22 lande, programmer for udvælgelse og uddannelse af statsstøttede astronauter, der ligner NASA’s programmer. Personer, der er udvalgt af andre lande til at tage ud i rummet, deltager i enten det amerikanske eller russiske astronauttræningsprogram eller begge dele; de personer, der trænes til missioner på ISS, kan også besøge steder i Europa, Japan og Canada for at få specialiseret træning i forbindelse med rumstationshardware.
Et fåtal personer er rejst ud i rummet som private borgere. Nogle er blevet sponsoreret af deres arbejdsgivere, som det var tilfældet med den japanske tv-journalist Akiyama Toyohiro, der rapporterede fra rumstationen Mir i december 1990. Andre, som den amerikanske iværksætter Dennis Tito, den sydafrikanske forretningsmand Mark Shuttleworth, den amerikanske forretningsmand Gregory Olsen, den iranskfødte amerikanske ingeniør Anousheh Ansari, den ungarskfødte amerikanske computersoftwarechef Charles Simonyi, den britiskfødte amerikanske computerspilsudvikler Richard Garriott og den canadiske kunstner Guy Laliberté, der mellem 2001 og 2009 foretog korte ture til ISS om bord på et russisk rumfartøj, har brugt deres egne midler til at betale den mange millioner dollars dyre pris for rejsen. Sådanne personer betegnes som rumflyvningsdeltagere eller “rumturister”.”