Năm 1972, Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) khởi động Chương trình tàu con thoi. Trong khoảng thời gian 30 năm từ 1981 đến 2011, chương trình này đã đưa hơn 300 phi hành gia lên quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất.
Nga là quốc gia đầu tiên đưa con người vào không gian, nhưng Mỹ mới là nước đầu tiên đưa con người tới Mặt Trăng và giành chiến thắng trong cuộc đua chinh phục không gian. NASA phóng tàu vũ trụ Apollo 11 thực hiện thành công sứ mệnh đổ bộ lên Mặt Trăng vào ngày 20/7/1969.
Năm 1997, Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), NASA và Cơ quan Vũ trụ Italy (ASI) phóng tàu vũ trụ Cassini để nghiên cứu sao Thổ, hành tinh khí khổng lồ trong hệ Mặt Trời. Tàu vũ trụ Cassini không chỉ giúp giới khoa học chụp ảnh sao Thổ, nó còn cung cấp nhiều dữ liệu khác về các vệ tinh của hành tinh này.
Tàu thăm dò Juno trị giá một tỷ USD của NASA di chuyển quãng đường dài 2,8 tỷ km từ bệ phóng ở Trạm không quân Mũi Canaveral, Mỹ, vào ngày 5/8/2011 để bay tới sao Mộc hôm 4/7/2016. Tàu Juno có nhiệm vụ thám hiểm hành tinh lớn nhất trong hệ Mặt Trời và các mặt trăng của nó.
Tàu vũ trụ New Horizons (NASA) di chuyển quãng đường 4,8 tỷ km để tới sao Diêm Vương vào tháng 7/2015. Nhiệm vụ chính của New Horizons là vẽ bản đồ bề mặt sao Diêm Vương và mặt trăng Charon, đồng thời tìm hiểu khí quyển cũng như nhiệt độ của chúng.
Kính viễn vọng không gian Hubble là dự án hợp tác giữa NASA, ESA và Viện Khoa học Kính viễn vọng không gian, Mỹ. Hubble bắt đầu hoạt động từ năm 1990 ở độ cao cách Trái Đất khoảng 610 km.
Đây là kính thiên văn phản xạ trang bị hệ thống máy tính và một gương thu ánh sáng có đường kính 2,4 m. Nó có thể quan sát một vật thể ở khoảng cách 12 tỷ năm ánh sáng do không bị ảnh hưởng bởi khí quyển Trái Đất.
Hai tàu vũ trụ Voyager 1 và 2 của NASA được phóng lên vũ trụ năm 1977 để khảo sát sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên Vương, sao Hải Vương. Năm 2012, tàu Voyager 1 trở thành vật thể nhân tạo đầu tiên bay khỏi hệ Mặt Trời và tiến vào vùng không gian liên thiên hà.
Tháng 3/2009, NASA phóng tàu vũ trụ đưa Kính thiên văn Kepler vào không gian để tìm kiếm các hành tinh có khả năng chứa sự sống ngoài hệ Mặt Trời.
Chúng là những hành tinh đá có kích thước tương đương Trái Đất, ở khoảng cách phù hợp với ngôi sao mẹ cho phép nước lỏng tồn tại trên bề mặt. Tính đến nay, tàu vũ trụ Kepler phát hiện tất cả 4.696 hành tinh, trong đó 2.330 hành tinh đáp ứng được những điều kiện này.
Tháng 8/2012, robot thám hiểm tự hành Curiosity của NASA hạ cánh lên bề mặt sao Hỏa, bắt đầu thực hiện nhiệm vụ tìm kiếm dấu vết sự sống trên hành tinh đỏ.
Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) là dự án hợp tác giữa 5 cơ quan không gian: NASA, Cơ quan Vũ trụ Liên bang Nga, Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA), ESA và Cơ quan Không gian Canada (CSA). ISS hoạt động trong quỹ đạo thấp quanh Trái Đất.
Tính đến nay, ISS là nơi tiến hành hơn 1.500 nghiên cứu khoa học trong điều kiện vi trọng lực. Kết quả được chuyển giao cho ít nhất 68 quốc gia tham gia vào các dự án hợp tác.
