Các phi hành gia vận hành tàu vũ trụ, tổ chức hoạt động, tiến hành sửa chữa thiết bị và làm việc với các nhà khoa học trong các dự án nghiên cứu. Một phi hành đoàn tàu vũ trụ của NASA bao gồm khoảng năm phi hành gia, mỗi phi hành gia có nhiệm vụ cụ thể.
Mỗi tàu vũ trụ có một người chỉ huy và phi công; cả hai đều có trách nhiệm giám sát chuyến bay. Người chỉ huy có quyền lực chính, và công việc của anh ta bao gồm giám sát sứ mệnh và đảm bảo an toàn cho các thành viên phi hành đoàn trong suốt chuyến bay. Anh điều khiển tàu vũ trụ với sự hỗ trợ của phi công.
Các chuyên gia của sứ mệnh xử lý các công việc hàng ngày khác nhau để giữ cho phương tiện hoạt động tốt và có thể ở được cho phi hành đoàn, bao gồm lập lịch trình các hoạt động của phi hành đoàn, thiết bị giám sát và quản lý thực phẩm tồn kho. Họ làm việc cùng với các chuyên gia tải trọng, những người đôi khi được đưa vào các nhiệm vụ không gian để thực hiện các nhiệm vụ bất thường. Các chuyên gia của sứ mệnh cũng được đào tạo để sửa chữa các thiết bị tối tân khi ở trong không gian. Họ thực hiện sửa chữa bên ngoài bằng cách sử dụng một hệ thống điều khiển từ xa hoặc bằng cách thực hiện các chuyến đi bộ ngoài không gian, nghĩa là họ đi ra bên ngoài tàu vũ trụ. Các phi công thường giúp các chuyên gia trong sứ mệnh khi sửa chữa thiết bị và lấy vệ tinh.
Mặc dù các phi hành gia không trực tiếp chịu trách nhiệm quản lý các dự án nghiên cứu, nhưng sự hỗ trợ của họ là rất cần thiết cho công việc của các nhà khoa học. Họ hỗ trợ các nhà khoa học cải tiến thiết kế nghiên cứu sử dụng trong không gian và đưa ra lời khuyên về cách đối phó với các tình huống khó khăn.
