אסטרונאוטיקה היא ענף מדעי העוסק בתאוריה ובהנדסה של הגעה לחלל ומסעות בו. משמעות השם אסטרונאוטיקה הוא "הפלגה בחלל", בדומה לשמו של התחום המקביל, אווירונאוטיקה שמשמעותו "הפלגה באוויר".
האסטרונאוטיקה היא ענף רב תחומי הכולל בתוכו יישומים של פיזיקה, אסטרונומיה, מתמטיקה וכימיה ומשלבם בהנדסת מכונות, הנדסת חשמל, הנדסת חומרים ועוד, במטרה לפתח את הכלים והאמצעים שיאפשרו מסעות בחלל. עצם מלאכותי הנע בין הכוכבים נתון לשדות כבידה ושדות מגנטיים משתנים, טמפרטורות קיצוניות, צריך לעמוד בריק ובקרינה, לנווט את דרכו בין גופים הנעים בכיוונים שונים במרחב ועם כל זאת להיות קל משקל ככל שניתן על שיתאפשר לשגרו. עקב מורכבות הדרישות הרבות והסותרות לעיתים, נדרש שילוב של דיסציפלינות שונות ומחקר ופיתוח מתקדמים ויקרים.
