Ennen kuin astronautit voivat lentää avaruudessa, heidän on suoritettava satoja tunteja kestävä koulutus. Koulutus jakautuu kolmeen pääosaan.
Ensinnäkin uusien tulokkaiden, jotka haluavat pätevöityä astronautiksi, on suoritettava vuoden mittainen peruskoulutus. Ehdokkaat perehtyvät avaruusteknologiaan ja -tieteeseen, lääketieteen perustaitoihin sekä kansainvälisen avaruusaseman (ISS) toimintaan. He perehtyvät myös sukellukseen.
Tämän ensimmäisen osan jälkeen he siirtyvät seuraavalle vuodelle, jolloin he jatkavat syventävää koulutusta. He perehtyvät tarkemmin ISS:n eri osiin, kokeisiin ja kuljetusaluksiin sekä maahallinnon rooliin.
Sen jälkeen heidät voidaan määrätä tehtävään. He työskentelevät mahdollisimman paljon yhdessä muiden miehistön jäsenten kanssa, perehtyvät tehtäväänsä liittyviin erityistehtäviin ja totuttelevat painottomuuteen parabolilentojen avulla.
Useiden vuosien aikana astronautit oppivat tuntemaan toisensa erittäin hyvin vieraillessaan koulutuskeskuksissa Yhdysvalloissa, Venäjällä, Japanissa, Kanadassa ja Euroopassa. Tähän voi kuulua vieraan kielen – venäjän – oppiminen (englanti on jo pakollinen) sekä tutustuminen tehtävän tieteellisiin kokeisiin ja erityistoimintoihin.
