Noha kezdetben a legtöbb amerikai űrhajós tesztpilóta volt, ennek a követelménynek inkább a nagy stresszhelyzetekben való hatékony teljesítményre való képességükhöz volt köze, mint a pilótaképességükhöz, mivel a Mercury-, Gemini- és Apollo-programokban használt űrhajók korlátozott manőverezési képességgel rendelkeztek a pályán, és a Földre való visszatérésükhöz ejtőernyőket használtak. 1978-tól kezdődően, az űrrepülőgép megjelenésével, amely pályára állva laboratóriumként és műveleti központként működött, majd nagy sebességű, nehezen irányítható siklórepülőként, amikor visszatért a légkörbe és leszállópályára repült, a Nemzeti Repülési és Űrhajózási Hivatal (NASA) kétféle embertípust választott ki űrhajósjelöltnek. Az egyik csoportnak széles körű repülési tapasztalattal kellett rendelkeznie sugárhajtású repülőgépeken. Ezeket az űrhajósjelölteket képezték ki űrsikló-pilótáknak és végül űrsikló-küldetésparancsnokoknak. A második csoportot arra választották, hogy küldetésspecialista űrhajósok legyenek. Ezeknek a jelölteknek nem kellett pilótának lenniük (bár néhányan voltak); inkább olyan személyek voltak, akik fejlett tudományos, orvosi vagy mérnöki képzéssel vagy tapasztalattal rendelkeztek. 1992-től kezdődően, a Nemzetközi Űrállomásra (ISS) irányuló küldetésekben való részvételre számítva, különböző országokból számos személy lett nemzetközi küldetésspecialista űrhajósjelölt.
A küldetésspecialistákat arra képezték ki, hogy egy-egy küldetés során elsődleges felelősségük legyen az űrsikló vagy az űrállomás rendszereinek működtetése, valamint a hasznos teher és a kísérleti tevékenységek elvégzése. A küldetésspecialisták fedélzeten kívüli tevékenységeket (űrsétákat) is végeztek.
A pilóták és a küldetésspecialista űrhajósok mellett volt egy harmadik kategória is, akik az űrsiklóval mentek az űrbe: a hasznos teher specialisták. Ők olyan kísérleteket vagy hasznos teherrel kapcsolatos tevékenységeket végeztek, amelyekhez különösen értettek. Bár a közvélemény űrhajósként ismerte őket, a hasznos teher specialisták nem estek át hivatalos űrhajós kiválasztáson vagy kiképzésen, és nem nevezték őket a NASA hivatásos űrhajósainak. A feladatuknak megfelelő oktatásban és képzésben azonban részesültek. A hasznos teher specialistát egy adott űrrepülésre a NASA, egy nem amerikai űrügynökség vagy a hasznos teher szponzora jelölte. Az 1980-as években két kongresszusi képviselő repült az űrrepülőgép fedélzetén hasznos teher specialistaként, Christa McAuliffe tanárnő pedig “tanár az űrben” hasznos teher specialistaként vett részt a halálra ítélt Challenger küldetésen. John Glenn, az első amerikai űrhajós, aki Föld körüli pályára állt, 1998 októberében az űrsikló hasznos teher specialistájaként tért vissza az űrbe. A legtöbb hasznos teherszállító szakember csak egy űrrepülést hajtott végre.
Az űrhajósjelöltek a civil és a katonai életből is érkezhetnek. Mindegyiknek (az oktatási küldetésspecialista-jelöltek kivételével) rendelkeznie kell főiskolai diplomával mérnöki, élettudományi vagy fizikai tudományokból, illetve matematikából. Férfiak és nők egyaránt jelentkezhetnek akár pilótának, akár küldetésspecialista-jelöltnek. Annak, aki űrhajós szeretne lenni, hivatalos jelentkezést kell benyújtania a NASA-hoz, és át kell esnie egy szigorú szűrési folyamaton, amely személyes interjúkból, orvosi vizsgálatokból és az űrprogrammal kapcsolatos eligazításból áll. A NASA szerint a kiválasztottaktól elvárják, hogy csapatjátékosok és magasan képzett generalisták legyenek, bizonyos fokú egyéniséggel és önállósággal. A NASA által űrhajósjelöltnek kiválasztott személyek átlagéletkora a 30-as évek közepére tehető. Az űrhajósjelöltek maximális magassága jelenleg 193 cm (6 láb 4 hüvelyk); a minimális magasság 149 cm (4 láb 10,5 hüvelyk), de a pilótáknak legalább 163 cm (5 láb 4 hüvelyk) magasnak kell lenniük.
Az űrhajósjelöltek intenzív, egy-két éves képzési programban vesznek részt a NASA houstoni Johnson Űrközpontjában. Az űrsikló és az űrállomás rendszerei, az irányítás és navigáció, a pályadinamika és az anyagfeldolgozás mellett matematikát, geológiát, meteorológiát, oceanográfiát, csillagászatot és fizikát is tanulnak. Ezen kívül szárazföldi és tengeri túlélésre, búvárkodásra, űrruhára és súlytalanságra is kiképzik őket. A képzés sikeres elvégzése után a jelölteket a NASA hivatásos űrhajósokká nevezi ki.
Mihelyt egy űrhajóst egy adott küldetésre osztanak be, ő és a legénység többi tagja több hónapon át együtt edz, hogy felkészüljenek az űrrepülésük konkrét tevékenységeire. Ez magában foglalhat orosz tanfolyamokat is, ha az ISS hosszú távú legénységének tagjai lesznek. A kiképzés során különféle szimulátorokat és egyéb berendezéseket használnak, hogy megismerkedjenek a tervezett küldetési tevékenységekkel, és hogy reagálni tudjanak a szimulált vészhelyzetekre és a normál művelettől való egyéb eltérésekre.
Az űrsiklóprogram végével és a hosszú távú ISS-küldetések megjelenésével eltűnt a különbség a pilóta-asztronauták és a missziós szakemberek között; bármelyik háttérrel rendelkező űrhajós lehet jelölt egy állomásküldetésre. Az űrhajósok űrrepülési megbízásaik között a NASA-n belül különböző feladatokat látnak el, a küldetésirányító kommunikátoroktól (akik kapcsolatot tartanak fenn az űrben lévő kollégáikkal) a felsővezetőkig.
Az orosz űrprogramban hagyományosan kétféle űrhajós-kategória létezik – a küldetésvezetők (akik általában pilóták) és a fedélzeti mérnökök. Az Egyesült Államokhoz hasonlóan az űrhajósjelölteknek is szigorú, néha több hónapig tartó fizikai vizsgálaton kell átesniük, hogy felmérjék a hosszú távú repülésekre való alkalmasságukat. Az űrhajósjelöltek képzése, amely a Moszkva melletti Csillagvárosban (Oroszország) található Jurij Gagarin űrhajósképző központban történik, két évig tart az űrrepüléssel kapcsolatos általános témákat, amely után a jelölteket űrhajósokká nevezik ki, majd legfeljebb két évig tart az űrrepülőgépeken való képzés. Csak ezután jelölhető ki az egyén egy adott küldetésre, és a felbocsátás előtt még egy vagy több év kiképzésre van szükség. Az amerikai űrhajós-kiképzéssel ellentétben, amely az 1990-es évek végéig a rövid űrrepülőgép-misszió során elvégzendő konkrét feladatokra helyezte a hangsúlyt, a korábbi szovjet és mostani orosz képzés a hosszabb űrbeli tartózkodással járó általános űrrepülési és problémamegoldó készségekre helyezte a hangsúlyt. Az 1990-es évek vége óta az amerikai űrhajósképzés hasonló megközelítés felé mozdult el az ISS-en való tartózkodásra készülő űrhajósok esetében.
Az Egyesült Államok, Oroszország és Kína űrhajósképzési programjain kívül, amelyek az egyetlen olyan országok, amelyek hordozórakétákkal és űrhajókkal rendelkeznek, amelyek képesek embereket az űrbe szállítani, a 22 országot tömörítő Európai Űrügynökség, Japán és Kanada is rendelkezik a NASA programjához hasonló programokkal a kormányok által támogatott űrhajósok kiválasztására és képzésére. A más országok által űrutazásra kiválasztott személyek vagy az amerikai vagy az orosz űrhajósképzési programban, vagy mindkettőben részt vesznek; az ISS-en való küldetésekre készülők európai, japán és kanadai helyszínekre is ellátogathatnak az űrállomás hardverével kapcsolatos speciális képzésre.
Egy-két személy magánemberként utazott az űrbe. Néhányukat a munkaadójuk támogatta, mint például Akiyama Toyohiro japán televíziós újságírót, aki 1990 decemberében tudósított a Mir űrállomásról. Mások, mint Dennis Tito amerikai vállalkozó, Mark Shuttleworth dél-afrikai üzletember, Gregory Olsen amerikai üzletember, Anousheh Ansari iráni születésű amerikai mérnök, Charles Simonyi magyar származású amerikai számítógépes szoftverfejlesztő, Richard Garriott brit származású amerikai számítógépes játékfejlesztő és Guy Laliberté kanadai előadóművész, aki 2001 és 2009 között rövid utakat tett az ISS-re egy orosz űrhajó fedélzetén, saját forrásból fizették ki az utazás több millió dolláros árát. Az ilyen személyeket űrrepülésben résztvevőknek vagy “űrturistáknak” nevezik.”