宇航员进行太空飞行必须穿着特殊材料、选用特殊工艺、经过特殊技术制成的航天服，这是世界上最“贵”“重”的“服装”，造价可上千万美元，它也是高科技领域的尖端技术代表，是保障航天员生命安全的最重要的个人救生设备。
航天服一般由压力舱、头盔、手套和靴子组成，其结构可分为软式、硬式和软硬混合式。按功能，航天服可分为舱内航天服和舱外航天服两大类。
舱外航天服的面料采用高级混合纤维，具有高强度、耐高温、抗撞击和防辐射的特性。它能够供给氧气，自带特制的抵御低温的蓄电池。它背上有一个生态包，许多设备隐身其中。与舱内航天服相比，多了防护层、液冷层和真空隔热层。
舱内航天服从外到内分别是限制层、气密层和散湿层。限制层由耐高温、抗磨损材料制成，用来保护服装内层结构，保证航天员穿着舒适合体；气密层由涂有丁基或氯丁橡胶的织物制成，防止服装加压后气体泄漏；散湿层与内衣裤连在一起，有许多管道，采用抽风或通风将气流送往头部，然后向四肢驱干流动，经肢体排风口汇集到总出口排出，带走人体代谢产生的热量。
2008年9月27日，神舟七号航天员翟志刚成功进行太空行走，中国研制的第一套舱外航天服第一次在距地球300多公里的茫茫太空“亮相”。这套“飞天”航天服躯干売体为铝合金薄壁硬体结构，壁厚仅1．5mm，却有极高的强度要求。抗压能力超过120kPa，经得起地面运输、火箭发射时的震动，还要连接服装的各个部位，承受整套服装120kg的重量。
服装的气液控制台，可自动控制气体、液体流动，使航天员得到适宜的空气和温度。航天服最外层的防护材料，面料可耐受正负100℃上的温差变化。服装携带的氧气瓶，采用复合压力，既保证安全又能带尽可能多的氧气。一套舱外航天服相当于个独立的载人航天器。