Konusu gezegenlerarası yolculuğu incelemek ve gerçekleştirmek olan bilim. Jules Verne ve Herbert Georges Wells gibi yazarlar, halkın gezegenlerarası yolculuğa ilgi duymasına büyük etkide bulundular. Bu alanda, gerçekten teknik olarak nitelendirilebilecek ilk incelemeler, 1903'te Rus bilgini K. E. Tsiolkovski ve 1920'de de Fransız bilgini Robert Esnault Pelterie tarafından yapıldı. Daha sonra ABD'de R. H. Goddard, Almanya'da Oberth ve SŠnger araştırmalar yaptılar. Ancak 1945'e dek yapılan tüm çalışmalar kuramsal düzeyde kaldı. İlk uluslararası astronotik kongresi 1950'de Paris'te toplandı. 1955'te ABD ve SSCB, uluslararası jeofizik yılında (1957-1958), yerin çevresine yapay uydular göndererek katılacaklarını açıkladılar. Bunlardan ilki 4.10.1957'de Sovyetler Birliği'nce fırlatıldı. 1959 yılı başında Sovyetler Birliği "Lunik", ABD ise "Pioneer IV" uydularını fırlattı. Bu iki uydunun ömürleri sınırsızdı.
Eylül 1959'da Sovyetler Birliği, bir güdümlü füzeyi Ay'ın yüzeyine gönderdi. Ekim 1959'da yine SSCB hem Dünya'yı hem Ay'ı kuşatan bir yörüngeye yapay bir uydu yerleştirdi. 1964 Temmuzu'nda ABD, Ay'a fırlattığı "Rangers VII" ile Ay hakkında pek çok önemli bilgi topladı. Bu tarihe dek sağlanan diğer iki önemli başarı "Sputnik II" aracı içinde canlı bir köpeğin ve "Vanguard II" adlı ilk meteoroloji uydusunun uzaya gönderilmesiydi. Astronotik biliminde en önemli aşamalardan biri de Yuri Gagarin'in 1961'de "Vostok I" uzay aracıyla Yeryüzü yörüngesinde tur atmasıydı. ABD ve SSCB'nin uzayın fethi için giriştikleri yarış, bu gelişmeyi izleyen yıllarda rekabete dönüşmesi, astronotik biliminde büyük ilerlemelere yol açtı. Bir uzay uçuşu için saptanan hız verileri basit olarak şöyledir: Aracın Dünya çevresinde yörüngede kalabilmesi için hızının en az saatte 28.000 km. olması gerekir. Bu hıza "ilk kozmik hız" denilir. Aracın Yer'den uzaklaşabilmesi içinse hızının en az saatte 40.000 km. olması gerekmektedir. Bu hıza da "ikinci kozmik hız" denilir. Bir uzay uçuşu şöyle gerçekleşir: Ay'a varmak için gönderilen uzay aracı önce atmosferden çıkarak Yer'in uydusu olur. Sonra ikinci kozmik hıza ulaşarak Yer'den uzaklaşır ve Ay'a yaklaşarak onun uydusu olur. Araç daha sonra durdurma roketlerini çalıştırarak Ay'ın yüzeyine iner. 1960'lı yıllarda dev aşamalar kaydedilen astronotik biliminde, ABD'li astronotlar Armstrong ve Aldrin'in 20 Temmuz 1969'da Ay yüzeyinde yürümeleriyle, yeni bir dönem başladı.