Орбитальные станции — космические аппараты, которые также могут быть либо пилотируемыми, либо работающими в автоматическом режиме. Эти космические аппараты рассчитаны на длительное пребывание на орбитах вокруг Земли, Луны и других планет.
На сегодняшний день актуальны два способа доставки орбитальных станций на орбиту: в собранном виде или монтаж в космосе после вывода на орбиту вокруг планеты. На орбитальных станциях при постоянном сотрудничестве ученых и космонавтов проводятся исследования планеты Земля и околоземного космического пространства, различные медико-биологические, физические эксперименты и другие работы. Первенство в запуске орбитальных станций снова оказалось за СССР. С 19 апреля по 11 октября 1971 г. находилась на орбите долговременная станция «Салют». Ее полет состоял из нескольких этапов. Первый этап заключался в совместном полете станции с кораблем «Союз-10». За время полета была проведена проверка работ усовершенствованных систем, которые должны были обеспечить стыковку и расстыковку корабля и станции, причаливание, сближение и безупречное выполнение многих других операций.
Задачей второго этапа, который начался 6 июня, являлось проведение комплексных научно-технических и медико-биологических исследований. Основные медико-биологические исследования были направлены на выяснение возможностей длительного пребывания человеческого организма в полете. Эти исследования являлись крупным вкладом в дальнейшее развитие длительных орбитальных станций.
7 июня 1971 г. в 10 ч 45 мин космонавты Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Панацаев стали первыми обитателями орбитальной научной станции. Так была решена первостепенная задача по доставке экипажа транспортными кораблями на борт орбитальных станций. Впервые с участием человека были проведены астрономические исследования при помощи астрофизической обсерватории «Орион». Продолжительность полета экипажа в корабле и на станции составила около 570 ч. С 1971 г. были запущены 7 орбитальных станций «Салют», орбитальная станция «Мир» (СССР) и орбитальная станция «Скайлэб» (США).
В настоящее время на орбите находится международная космическая станция, представляющая собой достаточно крупную космическую лабораторию. Еще в 1984 г. американский президент Рональд Рейган объявил о старте работ по созданию США собственной орбитальной станции, но к началу 1990-х гг. эта программа заморозилась из-за отсутствия достаточного количества финансов. Россия же в начале 90-х гг. XX в. планировала создание еще одной космической станции — «Мир-2» (в это время на орбите уже функционировала станция «Мир», созданная Советским Союзом и выведенная на орбиту в 1986 г.), но также столкнулась с недостатком финансовых средств.
В связи с экономическими трудностями страны бывшие конкуренты пришли к общему решению о создании международной космической станции. 17 июня 1992 г. между США и Россией было подписано соглашение о сотрудничестве. В соответствии с соглашением была разработана совместная программа космических исследований.
В итоге в марте 1993 г. генеральным директором Российского космического агентства и генеральным конструктором НПО «Энергия» была предложена идея создать Международную космическую станцию. Эта идея была принята руководителем НАСА. В 1995—1996 гг. утверждается эскизный проект и конфигурация станции.
Станция состоит из двух сегментов: российского и американского с участием стран — членов Европейского космического агентства, Бразилии, Канады, Японии и Италии. Следующий этап — 1998 — июль 2000 гг. — доставка на орбиту первых трех модулей: двух российских и одного американского.
2 ноября 2000 г. на борт международной космической станции прибывает экипаж первой основной экспедиции. К полному окончанию строительства масса станции достигла 470 т.
По соглашению сторон российский экипаж состоит из трех человек и имеет право постоянно работать в своем сегменте, в американском сегменте четыре астронавта других стран, участниц программы, делят время в соответствии с вкладом в строительство орбитальной станции. На станции постоянно проводятся исследования космоса, атмосферы и поверхности Земли, осуществляются различные медикобиологические эксперименты, в том числе направленные на изучение поведения человеческого организма в условиях длительного пребывания в космическом пространстве. Помимо различного рода исследований на станции разрабатываются современнейшие технологии получения новых материалов, проводится анализ свойств полученных материалов и биопрепаратов.