Phi thuyền (tiếng Anh: spacecraft; tiếng Nga: космический аппарат) là tên gọi chung của các thiết bị với chức năng là thực hiện nhiều bài toán khác nhau về không gian vũ trụ, tiến hành nghiên cứu các công việc khác nhau trên bề mặt của những thiên thể khác nhau. Các thiết bị vũ trụ được đưa lên quỹ đạo nhờ các tên lửa đẩy.
Phi thuyền được dùng để vận chuyển người hay các trang bị, hàng hóa lên khoảng không ở bên ngoài tầng khí quyển Trái Đất được gọi là tàu vũ trụ. Tàu vũ trụ hay tầu vũ trụ,[1] còn có tên gọi là phi thuyền không gian, có hai loại cơ bản là tàu vũ trụ có người lái như tàu Phương Đông (Liên Xô), tàu vũ trụ Soyuz (Nga), hệ thống tàu con thoi (Mỹ), tàu Thần Châu (Trung Quốc); tàu vận tải (tàu vũ trụ không người lái) như tàu vận tải Tiến Bộ (Nga), tàu vận tải HTV (Nhật).
Trạm vệ tinh: Là các loại tàu vũ trụ chỉ được phóng và trở thành một vệ tinh nhân tạo của Trái Đất nhằm làm một trạm có khả năng kết nối với các tàu vũ trụ khác, thực hiện các thí nghiệm không gian, và có thể dùng làm trạm trung chuyển cho các chuyến phi hành có người lái vào khoảng không xa hơn của vũ trụ. Các trạm này sẽ ở lại vĩnh viễn trong quỹ đạo cho đến khi không sử dụng nữa. Ví dụ của trạm vệ tinh là Skylab, Trạm vũ trụ Quốc tế.
Tàu thám hiểm: Đây là loại tàu vũ trụ có khả năng bay theo một quỹ đạo nào đó hoặc vượt ra khỏi tầm hút của Trái Đất. Ví dụ bao gồm các phi thuyền trong chương trình Apollo, các phi thuyền bay tới Sao Hỏa,...