O voo espacial é o acto de viaxar polo espazo exterior. O voo espacial pode relizarse con naves espaciais que poden ser tripuladas ou non. Exemplos de naves tripuladas poden ser as do programa ruso Soiuz ou as do Space Shuttle estadounidense, ademais da Estación Espacial Internacional. Exemplos de voos non tripulados son as sondas espaciais que saen da órbita terrestre ou os satélites que orbitan a Terra, como os de comunicación ou meteorolóxicos. Estes poden operar por control telerrobótico ou ser totalmente autónomos.
O voo espacial úsase na exploración do espazo e en actividades comerciais, como poden ser o turismo espacial e as comunicacións por satélite. Outros usos non comerciais deste tipo de voos son os observatorios espaciais, os satélites de recoñecemento ou outros satélites de observación terrestre.
Un voo espacial típico comeza co lanzamento dun foguete, que proporciona o impulso inicial para superar o forza da gravidade e separa á nave espacial da superficie da Terra. Unha vez no espazo, o movemento dunha nave, tanto se é propulsada como se non, está cubarto por unha área de estudo chamada astrodinámica. Moitas naves permanecen no espazo indefinidamente, outras desintégranse durante a reentrada na atmosfera, e o resto poden alcanzar as supervicies dun planeta ou un satélite aterrando ou impactando sobre eles.