Mimo że początkowo większość amerykańskich astronautów była pilotami doświadczalnymi, wymóg ten miał więcej wspólnego z ich zdolnością do efektywnego działania w sytuacjach wysokiego stresu niż z ich umiejętnościami pilotażu, ponieważ statki kosmiczne używane w programach Mercury, Gemini i Apollo miały ograniczoną zdolność manewrowania na orbicie i wracały na Ziemię przy użyciu spadochronów do ponownego wejścia w atmosferę. Począwszy od 1978 roku, wraz z pojawieniem się promu kosmicznego, który funkcjonował jako laboratorium i centrum operacyjne na orbicie, a następnie jako szybki, trudny do kontrolowania szybowiec po wejściu w atmosferę i lądowaniu na pasie startowym, National Aeronautics and Space Administration (NASA) wybrała dwa rodzaje osób jako kandydatów na astronautów. Od jednej grupy wymagano dużego doświadczenia w lataniu na samolotach odrzutowych. Ci kandydaci na astronautów byli szkoleni do pełnienia funkcji pilotów wahadłowców, a w końcu dowódców misji wahadłowców. Druga grupa została wybrana na astronautów-specjalistów misji. Kandydaci ci nie musieli być pilotami (choć niektórzy byli); byli to raczej osoby z zaawansowanym naukowym, medycznym lub inżynieryjnym wykształceniem lub doświadczeniem. Począwszy od 1992 roku, w oczekiwaniu na udział w misjach na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS), szereg osób z różnych krajów zostało międzynarodowymi kandydatami na astronautów specjalistów misji.
NASA
Specjaliści misji zostali przeszkoleni, aby ponosić główną odpowiedzialność podczas misji za obsługę systemów wahadłowców lub stacji kosmicznych oraz wykonywanie czynności związanych z ładunkiem i eksperymentami. Oprócz pilotów i astronautów specjalistów misji istniała jeszcze trzecia kategoria osób, które wyruszały w przestrzeń kosmiczną na wahadłowcu: specjaliści od ładunku użytecznego. Wykonywali oni eksperymenty lub czynności związane z ładunkiem, na których szczególnie się znali. Mimo że ogółowi społeczeństwa znani byli jako astronauci, specjaliści od ładunku nie przechodzili formalnej selekcji lub szkolenia astronautycznego i nie byli mianowani astronautami zawodowymi NASA. Mieli oni jednak wykształcenie i szkolenie odpowiednie do ich obowiązków związanych z misją. Specjalista ds. obciążenia użytkowego do konkretnego lotu kosmicznego był nominowany przez NASA, nieamerykańską agencję kosmiczną lub sponsora obciążenia użytkowego. W latach 80. dwóch członków Kongresu poleciało na pokładzie promu kosmicznego jako specjaliści ds. obciążenia użytkowego, a nauczycielka Christa McAuliffe była specjalistą ds. obciążenia użytkowego „nauczycielem w kosmosie” podczas zakończonej niepowodzeniem misji Challengera. Pierwszy amerykański astronauta na orbicie okołoziemskiej, John Glenn, powrócił w przestrzeń kosmiczną jako specjalista od obciążenia użytkowego wahadłowca w październiku 1998 roku. Most payload specialists made only one spaceflight.
Astronaut candidates can come from either civilian or military life. Wszyscy (z wyjątkiem kandydatów na specjalistów ds. misji edukacyjnych) muszą mieć wykształcenie wyższe w dziedzinie inżynierii, nauk przyrodniczych lub fizycznych, lub matematyki. Zarówno mężczyźni jak i kobiety mogą ubiegać się o stanowisko pilota lub kandydata na specjalistę ds. misji. Osoba chcąca zostać astronautą musi złożyć formalny wniosek do NASA i przejść rygorystyczny proces kwalifikacyjny składający się z osobistych rozmów, badań medycznych i orientacji w programie kosmicznym. Według NASA, od wybranych oczekuje się, że będą graczami zespołowymi i wysoko wykwalifikowanymi specjalistami z pewnym stopniem indywidualności i samodzielności. Średni wiek osoby wybranej jako kandydat na astronautę NASA to połowa lat 30-tych. Maksymalny wzrost dla kandydata na astronautę to obecnie 6 stóp 4 cale (193 cm); minimalny wzrost to 4 stopy 10,5 cala (149 cm), choć piloci muszą mieć co najmniej 5 stóp 4 cale (163 cm).
NASA
Kandydaci na astronautów uczestniczą w intensywnym, trwającym od jednego do dwóch lat programie szkoleniowym w Centrum Kosmicznym Johnsona NASA w Houston. Uczą się systemów wahadłowców i stacji kosmicznych, naprowadzania i nawigacji, dynamiki orbitalnej i przetwarzania materiałów, a także matematyki, geologii, meteorologii, oceanografii, astronomii i fizyki. Są również szkoleni w zakresie przetrwania na lądzie i morzu, nurkowania, skafandrów kosmicznych i nieważkości. Po pomyślnym ukończeniu szkolenia, kandydaci zostają wyznaczeni na astronautów zawodowych NASA.
Od kiedy astronauta jest przypisany do konkretnej misji, on lub ona i inni członkowie załogi trenują razem przez kilka miesięcy, aby przygotować się do konkretnych działań w czasie lotu kosmicznego. Może to obejmować zajęcia z języka rosyjskiego, jeśli mają być częścią załogi o długim stażu na ISS. Podczas szkolenia używają różnych symulatorów i innego sprzętu, aby zapoznać się z planowanymi działaniami misji i reagować na symulowane sytuacje awaryjne i inne odchylenia od normalnych operacji.
Z końcem programu promów kosmicznych i pojawieniem się misji długoterminowych na ISS zniknęło rozróżnienie między astronautami-pilotami a specjalistami od misji; astronauta z każdego z tych środowisk może być kandydatem do przydzielenia do misji na stacji. Pomiędzy swoimi zadaniami w lotach kosmicznych astronauci podejmują się różnych zadań w NASA, począwszy od komunikatorów kontroli misji (utrzymujących kontakt z kolegami w kosmosie) po starszych menedżerów.
W rosyjskim programie kosmicznym tradycyjnie istniały dwie kategorie kosmonautów – dowódcy misji (którzy zazwyczaj są pilotami) i inżynierowie lotu. Podobnie jak w Stanach Zjednoczonych, kandydaci na kosmonautów muszą przejść rygorystyczne badania fizyczne, czasami trwające kilka miesięcy, aby ocenić ich zdolność do długotrwałych lotów. Szkolenie dla kandydatów na kosmonautów, które odbywa się w Centrum Szkolenia Kosmonautów im. Jurija Gagarina w Gwiezdnym Miasteczku w Rosji, niedaleko Moskwy, obejmuje dwa lata ogólnych tematów związanych z lotami kosmicznymi, po których zostają oni mianowani kosmonautami, a następnie do dwóch lat szkolenia na sprzęcie do lotów kosmicznych. Dopiero wtedy dana osoba może zostać przydzielona do konkretnej misji, z jednym lub kilkoma dodatkowymi latami szkolenia wymaganymi przed startem. W przeciwieństwie do szkolenia amerykańskich astronautów, które do późnych lat 90-tych kładło nacisk na konkretne zadania do wykonania podczas krótkiej misji promu kosmicznego, dawniej radzieckie, a obecnie rosyjskie szkolenie kładło nacisk na ogólne umiejętności związane z lotem w przestrzeni kosmicznej i rozwiązywaniem problemów związanych z dłuższym pobytem w kosmosie. Od późnych lat 90-tych, szkolenie astronautów USA przesunęło się w kierunku podobnego podejścia dla tych astronautów, którzy przygotowują się do pobytu na ISS.
NASA
Oprócz programów szkolenia astronautów w Stanach Zjednoczonych, Rosji i Chinach, które są jedynymi krajami posiadającymi rakiety nośne i statki kosmiczne zdolne do transportowania ludzi w kosmos, Europejska Agencja Kosmiczna, Japonia i Kanada mają programy selekcji i szkolenia astronautów sponsorowanych przez rząd, które są podobne do programów NASA. Osoby wybrane przez inne kraje, by udać się w przestrzeń kosmiczną uczestniczą w amerykańskim lub rosyjskim programie szkolenia astronautów lub obu; osoby szkolące się do misji na ISS mogą również odwiedzić miejsca w Europie, Japonii i Kanadzie na specjalistyczne szkolenia związane ze sprzętem stacji kosmicznej.
Kilka osób podróżowało w kosmos jako prywatni obywatele. Niektórzy byli sponsorowani przez swoich pracodawców, jak japoński dziennikarz telewizyjny Akiyama Toyohiro, który relacjonował ze stacji kosmicznej Mir w grudniu 1990 roku. Inni, jak amerykański przedsiębiorca Dennis Tito, południowoafrykański biznesmen Mark Shuttleworth, amerykański biznesmen Gregory Olsen, urodzony w Iranie amerykański inżynier Anousheh Ansari, urodzony na Węgrzech amerykański producent oprogramowania komputerowego Charles Simonyi, urodzony w Wielkiej Brytanii amerykański twórca gier komputerowych Richard Garriott i kanadyjski artysta Guy Laliberté, którzy odbyli krótkie podróże do ISS na pokładzie rosyjskiego statku kosmicznego w latach 2001-2009, wykorzystali własne środki, aby zapłacić wielomilionową cenę za podróż. Takie osoby są określane jako uczestnicy lotów kosmicznych lub „kosmiczni turyści.”