Az űrhajó olyan gép, amelyet az űrbe juttatásra terveztek. Használhatók a Föld megfigyelésére, kommunikációra, navigációra és az űrkutatásra. Vannak olyan űrhajók is, amelyek embereket szállítanak az űrbe – ezeket ‘emberes űrhajóknak’ nevezik –, valamint olyanok is, amelyek az űrállomásokhoz szükséges ellátmányt szállítják.
Mivel az űrben nincs levegő, az űrhajó alakja gyakorlatilag tetszőleges lehet. A méret jelent nagyobb problémát. Az űrhajónak be kell férnie a rakéta burkolatába, és a rakétának elegendő erővel kell rendelkeznie ahhoz, hogy pályára állítsa. A világ első műholdja, a Szputnyik, 83,6 kg-ot nyomott, és nem volt nagyobb egy kosárlabdánál. Ma a távközlési műholdak súlya meghaladhatja a 6 tonnát (6000 kg).
Az űrállomások építéséhez használt modulok még nagyobbak. Az ESA 20 tonnás ATV-je (Automated Transfer Vehicle) akár 9 tonna rakományt és kísérleti berendezéseket is el tud szállítani a Nemzetközi Űrállomásra.
Az űrhajó alakja elsősorban attól függ, hogy forog-e az űrben vagy sem.
Egyes műholdak, például a Meteosat, forognak és henger alakúak. A mai műholdak többsége doboz alakú és nem forog. A fedélzetükön található műszerek, például a kamerák, legtöbbször ugyanabba az irányba néznek.
Néhányuk nagy napelemes ‘szárnyakat’ (a napfényt villamos energiává alakító napelemeket) hordoz, amelyek úgy forognak, hogy mindig a Nap felé legyenek irányítva. A kis műholdak gyakran négy oldalukon lapos napelemekkel rendelkeznek.
A leszállóegységek mások. Ki kell bírniuk a rendkívüli hőhatást, miközben nagy sebességgel zuhannak le a levegőben. Például az ESA Huygens szondája, amely a Titánon landolt, csészealj alakú volt, elöl elhelyezett hőpajzsával.
