Ondanks dat aanvankelijk de meeste Amerikaanse astronauten testpiloten waren, had deze eis meer te maken met hun vermogen om effectief te presteren in situaties met hoge stress dan met hun vaardigheden als piloot, aangezien de ruimtevaartuigen die werden gebruikt in de Mercury, Gemini, en Apollo programma’s beperkte manoeuvreercapaciteit hadden in een baan om de aarde en terugkwamen met behulp van parachutes voor de terugkeer naar de aarde. Vanaf 1978, met de komst van het ruimteveer, dat als laboratorium en operationeel centrum in een baan om de aarde fungeerde en vervolgens als een snel, moeilijk te besturen zweefvliegtuig wanneer het weer in de atmosfeer kwam en naar een landingsbaan vloog, selecteerde de National Aeronautics and Space Administration (NASA) twee soorten personen als astronautenkandidaten. Van de ene groep werd verlangd dat ze uitgebreide vliegervaring hadden in straalvliegtuigen. Deze astronautenkandidaten werden opgeleid om te dienen als shuttle piloten en uiteindelijk shuttle missie commandanten. De tweede groep werd gekozen om missie specialist astronauten te worden. Deze kandidaten hoefden geen piloot te zijn (hoewel sommigen dat wel waren); het waren eerder mensen met een geavanceerde wetenschappelijke, medische of technische opleiding of ervaring. Vanaf 1992, in afwachting van deelname aan missies naar het International Space Station (ISS), werd een aantal personen uit verschillende landen internationale missiespecialist-astronautenkandidaten.
NASA
Missiespecialisten werden opgeleid om de primaire verantwoordelijkheid te hebben tijdens een missie voor het bedienen van shuttle of ruimtestation systemen en het uitvoeren van payload en experimentele activiteiten. Missie specialisten voerden ook extravehiculaire activiteiten (ruimtewandelingen) uit.
Naast piloten en missie gespecialiseerde astronauten, was er een derde categorie personen die met de shuttle de ruimte in gingen: de payload specialisten. Zij voerden experimenten of nuttige ladingsactiviteiten uit waarmee zij bijzonder vertrouwd waren. Hoewel zij bij het grote publiek bekend stonden als astronauten, ondergingen de nuttige ladingsspecialisten geen formele astronautenselectie of -opleiding en werden zij niet als NASA-carrière-astronauten aangewezen. Zij hadden echter wel een opleiding en training die pasten bij hun missieverantwoordelijkheden. Een nuttige ladingsspecialist voor een specifieke ruimtevlucht werd voorgedragen door de NASA, een niet-Amerikaanse ruimtevaartorganisatie of een sponsor van de nuttige lading. In de jaren 80 vlogen twee leden van het Congres aan boord van het ruimteveer als specialisten op het gebied van de nuttige lading, en lerares Christa McAuliffe was een “lerares in de ruimte” specialist op de gedoemde Challenger missie. De eerste Amerikaanse astronaut in een baan om de aarde, John Glenn, keerde in oktober 1998 terug naar de ruimte als shuttle-baklastenspecialist. De meeste payload specialisten maakten slechts één ruimtevlucht.
Astronautkandidaten kunnen zowel uit het burgerleven als uit het militaire leven komen. Allen (behalve de onderwijs mission specialist kandidaten) moeten een universitair diploma hebben in engineering, biowetenschappen of natuurkunde, of wiskunde. Zowel mannen als vrouwen komen in aanmerking om zich kandidaat te stellen als piloot of als missiespecialist. Wie astronaut wil worden, moet een formele aanvraag bij de NASA indienen en een rigoureus screeningproces ondergaan, bestaande uit persoonlijke gesprekken, medische evaluaties en oriëntatie op het ruimteprogramma. Volgens de NASA wordt van de geselecteerden verwacht dat zij teamspelers zijn en zeer bekwame generalisten met een zekere mate van individualiteit en zelfredzaamheid. De gemiddelde leeftijd van een als NASA-astronautkandidaat geselecteerd persoon is midden dertig. De maximale lengte voor een astronaut kandidaat is nu 6 feet 4 inches (193 cm); de minimale lengte is 4 feet 10,5 inches (149 cm), hoewel piloten ten minste 5 feet 4 inches (163 cm) moeten zijn.
NASA
Astronautenkandidaten nemen deel aan een intensief één- tot tweejarig trainingsprogramma in NASA’s Johnson Space Center, in Houston. Ze leren shuttle- en ruimtestationsystemen, geleiding en navigatie, dynamica van de omloopbaan en materiaalverwerking, maar ook wiskunde, geologie, meteorologie, oceanografie, astronomie en natuurkunde. Ze worden ook getraind in land- en zeeoverleving, scubaduiken, ruimtepakken en gewichtloosheid. Na het succesvol afronden van hun opleiding worden de kandidaten aangewezen als NASA-carrière-astronauten.
Als een astronaut eenmaal is toegewezen aan een bepaalde missie, trainen hij of zij en andere leden van de bemanning een aantal maanden samen om zich voor te bereiden op de specifieke activiteiten van hun ruimtevlucht. Dit kan Russische lessen omvatten als zij deel gaan uitmaken van een langdurige bemanning van het ISS. Tijdens hun training maken ze gebruik van diverse simulatoren en andere apparatuur om zich vertrouwd te maken met de geplande missieactiviteiten en te reageren op gesimuleerde noodsituaties en andere afwijkingen van de normale operaties.
Met het einde van het spaceshuttleprogramma en de komst van langdurige missies op het ISS, is het onderscheid tussen pilootastronauten en missiespecialisten verdwenen; een astronaut met beide achtergronden kan een kandidaat zijn voor toewijzing aan een missie op het station. Tussen hun ruimtevlucht opdrachten, astronauten nemen een verscheidenheid aan taken binnen NASA, variërend van missie controle communicatoren (het onderhouden van contact met hun collega’s in de ruimte) tot senior managers.
In het Russische ruimtevaartprogramma zijn er van oudsher twee categorieën kosmonauten-missie commandanten (die meestal piloten zijn) en boordwerktuigkundigen. Evenals in de Verenigde Staten moeten kosmonautenkandidaten een streng lichamelijk onderzoek ondergaan, dat soms verscheidene maanden in beslag neemt, om te beoordelen of zij in staat zijn lange vluchten te maken. De opleiding van kosmonautenkandidaten, die plaatsvindt in het Yury Gagarin Cosmonaut Training Centre in Star City, Rusland, in de buurt van Moskou, omvat twee jaar algemene onderwerpen in verband met de ruimtevaart, waarna zij als kosmonauten worden aangewezen, en vervolgens tot twee jaar opleiding op het gebied van ruimtevaartapparatuur. Pas daarna kan iemand voor een specifieke missie worden aangewezen, waarbij vóór de lancering nog een of meer jaren van training nodig zijn. In tegenstelling tot de Amerikaanse astronautenopleiding, die tot het eind van de jaren negentig de nadruk legde op de specifieke taken die tijdens een korte space shuttle-missie moeten worden uitgevoerd, lag bij de vroegere Sovjet- en nu Russische opleiding de nadruk op de algemene ruimtevlucht en probleemoplossende vaardigheden die horen bij een langer verblijf in de ruimte. Sinds het eind van de jaren negentig is de Amerikaanse astronautentraining op een vergelijkbare aanpak gericht voor astronauten die zich voorbereiden op een verblijf in het ISS.
Naast de astronautenopleidingsprogramma’s van de Verenigde Staten, Rusland en China, de enige landen die beschikken over lanceervoertuigen en ruimtevaartuigen waarmee mensen naar de ruimte kunnen worden gebracht, hebben het 22-landen tellende Europees Ruimteagentschap, Japan en Canada programma’s voor de selectie en opleiding van door de overheid gesponsorde astronauten die vergelijkbaar zijn met die van de NASA. Personen die door andere landen zijn geselecteerd om de ruimte in te gaan, nemen deel aan het Amerikaanse of Russische astronautenopleidingsprogramma of aan beide; degenen die trainen voor missies in het ISS kunnen ook locaties in Europa, Japan en Canada bezoeken voor gespecialiseerde opleiding met betrekking tot de hardware van het ruimtestation.
Een paar personen zijn als particulier de ruimte in gereisd. Sommigen zijn gesponsord door hun werkgevers, zoals de Japanse televisiejournalist Akiyama Toyohiro, die in december 1990 verslag uitbracht vanaf het ruimtestation Mir. Anderen, zoals de Amerikaanse ondernemer Dennis Tito, de Zuid-Afrikaanse zakenman Mark Shuttleworth, de Amerikaanse zakenman Gregory Olsen, de in Iran geboren Amerikaanse ingenieur Anousheh Ansari, de in Hongarije geboren Amerikaanse topman van computersoftware Charles Simonyi, de in Groot-Brittannië geboren Amerikaanse ontwikkelaar van computerspellen Richard Garriott en de Canadese artiest Guy Laliberté, die tussen 2001 en 2009 korte reizen naar het ISS aan boord van een Russisch ruimteschip hebben gemaakt, hebben hun eigen middelen gebruikt om de miljoenenprijs voor de reis te betalen. Dergelijke personen worden aangeduid als deelnemers aan ruimtevluchten of “ruimtetoeristen.”