霍曼转移轨道是一种变换太空船轨道的方法，途中只需两次引擎推进，相对地节省燃料。

飞往火星和金星的飞行器一般使用霍曼转移轨道法，该轨道呈椭圆形，其开始一端与地球相切，末尾一端与目标行星相切。该方法所消耗的燃料得到了尽可能的缩减，但是速度较慢。

大气制动是一种太空船使用目标星球的大气层来减速。阿波罗计划返回地球的太空船没有进入地球轨道，以弧形的垂直下降通过地球大气层来降低太空船速度，直到降落伞系统可以顺利展开。大气制动不需要的浓厚大气，大多数火星登陆器都使用该技术。

大气制动的动能转换成热量，因此太空船需要防热结构，以防止太空船被燃烧。

核热火箭和太阳热能火箭通常使用氢气，并加热到很高的温度，然后通过火箭喷管产生推力。

美国原子能委员会和NASA曾发展NERVA计划，论证了核热力火箭可以成为太空探索的一项可靠的工具。在1968年底，SNPO测试完成最新型号的NERVA引擎——NRX/XE后，认为NERVA可以用于载人火星任务。尽管NERVA引擎在测试后已经被认为可以胜任飞行任务，而且引擎也正准备整合入宇航器中，但在最终飞往火星的梦想实现前，被尼克松政府取消。

NERVA曾被AEC，SNPO和NASA寄予厚望，而实际上，整个项目的成就也达到甚至超过它原先的目标。NERVA最主要的任务是“为太空任务提供核动力推进系统的科技基础”。

太阳帆使用巨大的薄膜镜片，以太阳的辐射压做为太空船推进力。辐射压不仅非常小，而且与太阳距离的平方成反比，但不同于火箭的是，太阳帆不需要任何燃料。推进力虽然很小，但是只要太阳继续照耀着，太阳帆就能继续运作。

太阳能集热器、温度控制面板和阳光下的树荫都可以视为特殊的太阳帆，太阳帆可以帮助在轨道上的太空船调整飞行姿态或是对轨道做少量的修正而无须耗费燃料。

2010年5月21日，由日本宇宙航空研究开发机构开发的试验性太空探测器“伊卡洛斯”（IKAROS），以日本的H-IIA火箭和破晓号金星气象卫星以及其他四个小卫星一起发射。伊卡洛斯号是世界第一个成功在行星际空间运作的太阳帆。

该方式亦可以用于恒星际旅行。

电力推进系统使用外部电源，例如核反应堆或太阳能电池来发电，加速化学惰性推进剂速度，并超越化学火箭。电力推进驱动器会产生微弱的推力，并因此不适合快速机动探测或从行星的表面发射。但是电力推进可以保持数天或数周的连续发射。

空间电梯的概念最初在1895年，由康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基提出。随着近年纳米技术取得的突破性进展，建造一部现实的空间电梯已经成为可能，预计其建造成本约100亿美元，远少于国际空间站或航天飞机的投资。

离子发动机原理是先将气体电离，然后用电场力将带电的离子加速后喷出，以其反作用力推动火箭。这是已实用化的火箭技术中，最为经济的一种，因为只要调整电场强度，就可以调整推力，由于比冲（specific impulse）远大于现有的其它推进技术，因此只需要少量的推进剂就可以达到很高的最终速度，而既然太空船本身不需要携带太多燃料，总重量大幅减少后就可以使用较小而经济的运载火箭，节省下来的燃料更是可观。

离子发动机缺点是推力很小，离子推进系统只能吹得动一张纸，无法使太空船脱离地表，而且即使在太空中也需要很长的时间进行加速。离子推力器只能应用于真空的环境中。在经过很长时间的持续推进后，将会获得比化学推进快很多的速度，这使得离子推力器被用在远距离的航行中。

恒星际旅行，是一个指在恒星或行星系统之间进行假想性的载人或无人太空旅行。恒星际旅行的难度是远高于行星际航行的；太阳系以内的行星间的距离不多于30个天文单位，而恒星间的距离却往往是以百上千个天文单位计，而且很多时是以光年作单位。由于恒星间相隔渺远，恒星际旅行速度需要达到光速的一个相当高的百分比，且需要很长的时间。

人类现时的太空船推进技术仍未能满足恒星际旅行所需的速度。即使具备假想性的能达到效率的推进系统，所需的动能对于当今的能量生产标准依然是巨大的。此外，航天器与宇宙尘埃和气体的碰撞可以对乘客和航天器本身造成危险的影响。

现时，人们已经提出了诸多策略来实现恒星际旅行，其中有携带整个生态系统的巨型架构，以至到微细的空间探测器等。人们又提出了许多不同的航天器推进系统，以满足航天器所需的速度，其中包括了核动力推进，射束供能推进和其他基于推测性物理学的方法。

无论是对于载人或无人星际旅行，都需要满足相当大的技术和经济挑战。即使是对于星际旅行最乐观的看法，都认为恒星际旅行只能在几十年甚至几百年后才可行。然而，尽管有挑战，如果恒星际旅行能够实现，那么将会带来极大的科学收益。

巨大的宇航器虽然可行但推进成本现实上是不可承受的，极微观尺度的纳米级推进器可能可以用来建造光速太空船。美国密歇根大学的研究人员正在开发纳米粒子作为推进剂推进器，这种技术被称为“纳米粒子场提取推进器”。

理论物理学家加来道雄曾建议发射“智能尘埃”至太空，随着纳米技术的进步可能实现。加来道雄还注意到纳米探针的将需要遭遇磁场，陨石和其他危险，所以需要发射大量纳米探针，以确保至少一个可以顺利的到达目的地。

世代飞船是一种星际方舟，到达目的地人类将是那些开始星际旅行的人类后裔。因为规模巨大、生物和社会学的问题，建造世代飞船尚不可行。

主词条：暂停生命

科学家已经提出各种暂停生命技术，包括人类冬眠和人体冷冻技术。这些技术提供飞船可以持续长时间星际旅行的可能性。

机器人携带冻结早期人类胚胎是另一种可能性的星际旅行。太空移民需要人造子宫，适合人类居住的类地行星，教育机器人将会把人类文明传承下去。

主词条：等离子体推进发动机

等离子推进发动机（Plasma propulsion engine）的较狭义的定义是以推进剂（为等离子体）中的电流或电位来加速推进剂，即不单独用电场加速推进剂者。与其区别的离子推进器则是使用高压电网或电极来加速推进剂。

核脉冲推进使用核爆做推力的技术。最早提出的计划是DARPA的“猎户座计划”，1957年由斯塔尼斯拉夫·马尔钦·乌拉姆提议。以惯性约束聚变为起点的新提议有著名代达罗斯计划和远射计划（Project Longshot）。核脉冲推进器是以塑性核弹在运载器后爆炸产生极高比冲和极高推重比，此研究方向在当前没有技术瓶颈。

核聚变火箭是一种以核聚变能量作为推动力的火箭。它能够提供有效率且长程的太空推进力从而减少大量的燃料携带量。在未来更复杂的磁性限制以及防止等离子不稳的控制方法问世后，较小的轻型核聚变反应堆就有可能发明出来。惯性局限融合技术可以成为轻量化且有力的替代选择。

对于太空航行来说，核聚变推进主要的优点是它有极高的比冲量，主要的可能缺点则是反应堆庞大的质量。然而，核聚变火箭会产生比核裂变火箭更少的放射线因此可以减少防护需求。

反物质火箭将比其他任何火箭提供更高的能量密度和比冲。如果可以发明高效的反物质生产方法，并安全存储，反物质火箭理论上可能达到光速的百分之几十。反物质推进可以让太空船以极高速度前进，如此一来相对论导致的时间扩张将变得更明显。

生产和储存反物质应该可行。但是反物质湮灭将损失大部分能量，产生高能伽玛射线，特别是中微子。

巴萨德冲压发动机是1960年代物理学家罗伯特·巴萨德（Robert W. Bussard）所构想的一种理论航天器推进设计。这种推进器是一种核聚变冲压发动机，它利用巨大的电磁场（直径从数公里至数千公里不等）作为漏斗来收集并压缩星际物质中的氢，飞行器的高速将待反应物质强迫推入磁场中，直到压缩的程度到达足以发生核聚变。物质转变之后产生的巨大能量透过磁场导引至发动机的排气方向（其方向与预计的行进方向颠倒），并透过反作用力的原理推进飞行器加速前进，而达到星际飞行的目的。

阿库别瑞引擎是一项推敲性的时空数学模型，可以仿造出科幻小说或电影中星际旅行里的作为跨星际的超光速航行的工具。

阿库别瑞引擎遵守广义相对论中爱因斯坦方程式，在该范畴下建立出一项特别的时空度规。物理学家米给尔·阿库别瑞于1994年提出了波动方式展延空间，导致航行器前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为船想要航行的方向。船在一个区间内乘着波动前进，这区间称为“曲速泡”，是一段平直时空。既然船在泡泡内并不真的在移动，而是由“泡泡”带着船走，广义相对论中对于物体速度不可超过局域光速的限制就派不上用场。虽然阿库别瑞提出的度规在数学上是可行的（符合爱因斯坦的场域等式），但其计算结果可能没有物理学上的意义，也不一定表示真的能够建造这种装置。阿库别瑞引擎的假想机制暗示了负的能量密度，因此需要奇异物质才能使用。所以如果正确性质的奇异物质并不存在，则阿库别瑞引擎就不能被建造出来。然而，在当初发表的论文上，阿库别瑞接着一段物理学家分析虫洞旅行的论述之后声称，两个平行的板子之间产生的卡西米尔真空可以满足阿库别瑞引擎的负能量需求。另一个问题是虽然阿库别瑞度规没有违反广义相对论，但广义相对论并没有包含量子力学的机制。一些科学家因此认为，阿库别瑞引擎理论上允许回到过去的时间旅行，虽然广义相对论理论上也允许回到过去的时间旅行，但结合了量子力学和广义相对论的量子引力理论指出这种时间旅行是不可能的（参见时序保护猜想），因此他们否定阿库别瑞引擎的可能性。

虫洞，或称为爱因斯坦-罗森桥，是连接着时空两个区域的通道。如果将太空船沿着旋转黑洞的旋转轴心发射进入，理论上是可以熬过中心的重力场，并进入镜射宇宙。

突破摄星是由突破计划提出的太空探索项目，旨在研发名为“星片”（StarChip）的太阳帆飞行器，以期能以五分之一光速（每秒六万千米）、经过约20年的航行时间抵达南门二系统，并在到达后再经过约4年的时间向地球传回信息。

物理学家斯蒂芬·霍金与投资人尤里·米尔纳于2016年4月12日在纽约共同宣布了该项目正式启动。项目的初期投资为一亿美元。米尔纳预计整个项目最终耗资可达五十亿至一百亿美元。

代达罗斯计划是英国星际协会在1973至1978年之间倡导的研究计划，考虑使用无人太空船对另一个恒星系统进行快速的探测。当时希望研究出核动力引擎作为宇宙飞船的动力，并以此前往六光年之遥的巴纳德星。

百年星舰是美国国防高等研究计划署（DARPA）与美国航空航天局（NASA）合作的一项星际旅行计划。该计划于2012年1月启动，目标是未来一百年内使人类能够进行恒星际旅行。

星系际旅行是在星系间的空间旅行。 由于在银河系和最近的星系之间都有相对极其巨大的距离，这样的旅行所需要的技术远远超过恒星际旅行。 星系间的距离是恒星间距的大约一百万倍（6个数量级）。在人的寿命限制下进行星系间旅行的可行技术，远远超出了人类当前的能力，现时星系际旅行仅仅是理论假设和科幻小说的题材。

涉及到人类的星系际旅行以现代工程能力来说是不切实际的，被认为纯属科幻。这需要远超2021年的技术能力的推进手段来使大型宇宙飞船加速到接近光速或实现超光速。虽然光从地球发射到距离最近的大星系仙女星系需要大约254万年，但是利用长度收缩效应（尺缩效应），旅行者所经历的时间可以任意的短。光速以下的旅行者所经历的时间取决于他们的速度和旅行距离。

如果飞船的速度不能达到相对论速度，那么在星系际旅行过程中则会产生导航上的困难。由于旅行的时间足够的长，以至于星系和恒星的运动需要仔细计算，才能准确到达目的地。没有相对论效应，飞船需要额外的生命维持系统来支持人类繁衍成千上万代的时间来度过漫长的旅程。另一种可行的方案是使用冬眠技术。

狭义相对论限制了任何物体都不能超过光速，所以看起来最好的星系旅行方案就是以接近光速的飞船跨越上百万光年的距离。科幻小说中常常利用一些概念中的旅行手段，比如虫洞和超空间，来进行短时间的星系际旅行。

曲速引擎是一种可行的，高假设性的，推动飞船以超光速运行的方案。飞船本身并没有快过光速，超过光速的是空间本身。但是当前还没有已知的手段可以产生推动飞船的空间波动，但是概念本身符合狭义相对论和光速限制。

量子力学的量子纠缠实验提供了瞬时到达的量子传输的可能性。

1988年，科学家提出了一个恒星以超过银河系逃逸速度的速度朝向星系际空间运动的理论，这一理论于2005年被证实。该理论认为银河系中心的超大质量黑洞平均每十万年发射出一颗高速恒星。而到2010年为止，已经有16颗超高速星被发现。在星系际空间中发现的星系际尘埃也被认为是从星系中高速喷射出去的物质。