进入21世纪，我国的空间科学得到了政府的大力支持，空间科学与空间技术和空间应用被并列为我国航天发展的三大支柱之一。特别是在地球空间双星探测计划，嫦娥工程以及载人航天后续任务中，空间科学的成就与发展将日益受到世人瞩目。
空间探测
浩瀚的太空中有太多的人类未知现象，即使是从事了几十年航天工程技术的专家，也常常感叹“天为何物”。空间环境探测与空间物理研究是以空间环境中的粒子和场等物质为目标的学科，其第一手的探测数据只能来自于空间探测，从空间直接测量获得，这包括中高层大气、电离层、地球磁层地球空间以外的行星际空间。
我国为了解空间环境先后发射了四颗“实践”系列科学探测与技术试验卫星开展了一系列空间探测和研究，对近地空间环境中的带电粒子及其效应进行了较为详细的探测，获得了很多宝贵的环境探测资料。2002年国务院批准立项的地球空间双星探测计划，将我国的两颗探测卫星与欧洲空间局的四颗探测卫星进行协同探测，实现了人类历史上第一次利用同样和相似仪器对地球空间的六点联合探测。利用空间观测数据和地面连续观测数据，我国为空间天气的预报开展了长时间的试验和研究，目前已经初步具备了利用自主数据和国外公开数据的空间天气试验性的预报能力，可以为我国航天活动提供必要的保障。
空间天文
空间天文是地面天文观测在空间平台上的延伸，进入空间以后无论是从观测频率的窗口还是从观测信号的稳定性都得到了大大的提升，我国曾利用气球平台进行过多次实验性的空间天文观测。1979年还曾进行过天文卫星的设计以及初样的研制工作。2001年我国利用“神舟”二号实验飞船成功进行了第一次高能空间天文观测。此后，科学家提出了许多不同的空间天文观测计划的建议，得到了国家各级部门的支持，开展了预先研究。
空间微重力科学和空间生命科学
自探空火箭研制成功以后，我国从20世纪80年代起利用返回式遥感卫星完成了一批材料科学和生物技术的空间科学实验。1986年以来开展了数次空间细胞生长研究和半导体晶体的生长试验。90年代研制了我国第一个流动式空间细胞生长器，并在1994年7月返回式卫星搭载实验中取得成功。1999年，在试验五号科学实验卫星上成功完成了我国首次微重力流体物理两层流体空间实验，实现了科学实验装置全自动无人操作以及遥测遥控等先进的空间实验技术，在我国首次实现了空间实验的遥控操作。载人航天工程为空间材料科学和空间生命科学提供了难得的发展机会，我国多工位晶体生长试验，细胞生长以及微重力下的电泳分离等方面进行了较为全面的试验，特别是在与人相关的空间生命科学的应用或称为航天医学方面得到了快速的发展，并为我国第一次载人航天的成功做出了重大贡献。
