“水星”号飞船
“水星”计划是美国1958年开始实施的第一个载人航天计划。鉴于当时与前苏联竞争的紧迫形势，该计划的基本指导思想是尽可能利用已经掌握的技术和成果，以最快的速度和简单可靠的方式抢先把人送上天。
“水星”号飞船计划的主要目的是把载1名航天员的飞船送入地球轨道，绕地球飞行几圈后安全返回地面。“水星”飞船计划始于1958年10月，结束于1963年5月。“水星”号飞船由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成，共进行了25次飞行试验，其中6次载人。在经过了17次不载人飞行试验后，美国才于1961年5月5日进行了首次载人亚轨道飞行。载人亚轨道飞行试验成功后，美国于1962年2月20日进行了首次载人轨道飞行，绕地球3圈，飞行4小时55分钟后返回地面。
美国通过“水星”计划证明人能够在空间环境中生存和有效地驾驶飞船，也取得了载人飞船设计的初步经验。但是在这一回合的载人航天竞争中输给了前苏联，突出表现为载人上天的时间落后于前苏联，航天运载能力也处于劣势。
“双子星座”号飞船
继用“水星”号飞船完成了首次载人航天发射后，美国又开发了“双子星座”飞船，作为从“水星”到“阿波罗”计划之间的过渡。其主要任务是研究、发展载人登月的技术和训练航天员长时间飞行及舱外活动的能力。该计划历时5年，完成了10次环地轨道载人飞行，每次2人，共花费12.8亿美元。“双子星座”号飞船计划是为“阿波罗”号飞船计划提供飞行经验，准备各种技术条件，提供经过训练并富有实际飞行经验的航天员。“双子星座”号飞船计划始于1961年11月，结束于1966年11月。这期间共进行了12次飞行试验，其中2次不载人，10次载人。“双子星座”号飞船由再入舱和连接舱组成，其飞行试验重点解决了轨道交会、对接、航天员出舱活动和机动飞行变轨等技术问题。
“阿波罗”号飞船
经美国航宇局和冯·布劳恩等火箭专家论证，提出美国在20世纪60年代经过努力能够达到而又刚好超出前苏联的目标是载人登月。于是，美国总统肯尼迪于1961年5月25日宣布了“阿波罗”载人登月计划。
“阿波罗”号飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。1969年7月16日，美国使用“土星”5号运载火箭将载有3名航天员的“阿波罗”11号飞船送入空间，7月21日飞船抵达月球，美国航天员阿姆斯特朗实现了人类登月的梦想。
美国为实施“阿波罗”计划还研制了“徘徊者”、“勘测者”、“月球轨道环行器”无人月球探测器、土星族重型运载火箭，以及由逃逸系统、指令舱、服务舱和登月舱组成的阿波罗飞船，这些工作为1969年把人送上月球奠定了坚实的技术基础。
“阿波罗”登月计划于1961年5月23日起开始实施，直至1972年12月结束。期间共进行了17次飞行试验，其中“阿波罗”1号至“阿波罗”6号为无人亚轨道与地球轨道飞行；“阿波罗”7号为载人地球轨道飞行；“阿波罗”8号和9号为载人月球轨道飞行、“阿波罗”11号至“阿波罗”17号为载人登月飞行（只有“阿波罗”13号失败）。“阿波罗”计划共花费240亿美元，先后完成6次登月飞行，把12人送上月球并安全返回地面。它不仅实现了美国赶超前苏联的政治目的，同时也带动了美国科学技术特别是推进、制导、结构材料、电子学和管理科学的发展。但是“阿波罗”计划耗资太大，几乎占用了航宇局20世纪60年代全部经费的3/5，严重影响了美国空间科学和空间应用领域的发展，迫使美国重新考虑下一步的航天目标。
“天空实验室”计划
在得知前苏联的“礼炮”1号空间站升空后，美国赶紧利用“阿波罗”计划剩余的土星运载火箭和载人飞船作为运输系统以及积累的技术成果，将“土星”5号运载火箭的末级改装成了美国第一个试验性空间站“天空实验室”。故此，“天空实验室”又称“阿波罗”应用计划。
1973年5月15日，“天空实验室”发射升空，开展试验性空间站活动，该空间站重82吨，长36米，容积316米3。该计划至1974年2月结束，耗资25亿美元，共完成3次载人活动。先后有9名航天员每批3人在此空间站上工作了18、59、84天，进行了天文观测、地球资源勘查、生物医学和材料加工等270项试验，突出显示了人在空间长期生活和从事检查、维修、排除故障和进行科研工作的能力。美国认为只是利用“阿波罗”计划的剩余材料便研制出了空间站，在技术上没有什么难度，同时也没有意识到空间站的潜在价值，加之美国认为研制兼具运载火箭和载人飞船性能的可重复使用的航天飞机更具潜力，至此美国转向了航天飞机的研制。直至20世纪80年代才重新提出研制“自由”号永久性载人空间站。
航天飞机
航天飞机是可重复使用的航天器，用于进入地球轨道，在地球与轨道航天器之间运送人员和物资，是人类首次研制的可重复使用往返于天地之间的运输系统。航天飞机还可用于在空间释放与维修人造卫星和空间探测器、地球资源勘探和环境监测、空间加工和科学试验、建造空间结构等方面。航天飞机是一种具有重要民用与军用价值的多用途航天器，它的出现是美国航天技术发展的一次飞跃。实现了航天运载器由一次使用向部分重复使用的过渡。
航天飞机由三部分组成，包括可重复使用100次的轨道器；一次性使用的外挂燃料箱；两个可回收的重复使用20次的固体火箭助推器。美国共制造了6架航天飞机，分别是“企业”号、“哥伦比亚”号、“挑战者”号、“发现”号、“阿特兰蒂斯”号和“奋进”号。其中“挑战者”号航天飞机在1986年1月28日的发射中爆炸，7名航天员全部遇难。
国际空间站
20世纪80年代初，为了迎接21世纪空间产业化和军事化的挑战，美国开始酝酿建造空间站。其主要目的是继续保持美国空间领先地位，推进空间产业开发，并为未来建立永久性月球基地和进行载人行星探索做准备。1984年1月25日，美国总统里根下令正式研制大型永久载人空间站，要求美国航宇局在10年内完成，耗资80亿美元，并邀请加拿大、西欧及日本等盟国参加空间站的建设。1988年2月，美国政府依据对国内国际形势的研究又颁发了新的空间政策，正式确定了扩大载人航天活动、实施月球和火星载人飞行长远目标。最初通过的空间站设计方案采用动力塔式双龙骨结构，由4个压力舱、4个能源舱、2个后勤舱、移动式遥控服务中心和4个自由飞行平台及轨道转移飞行器组成，电源系统由先进的太阳能发射镜提供87千瓦的功率。经过若干次改进，到1995年，国际空间站总重量为430吨，主桁架长88米，居住舱的容积为1200米3，4个太阳电池阵宽110米，能提供110千瓦的电源功率，其中用户使用功率为46千瓦。其运行高度平均为397公里。
