La penetrazione nello spazio periterrestre e interplanetario con veicoli spaziali, automatici o affidati a cosmonauti, ha per scopi l'osservazione della Terra come pianeta, lo studio dei corpi celesti del nostro sistema solare e la pratica dell'Astronomia, superando l'ostacolo costituito dall'atmosfera terrestre.
La Svizzera ha avuto un ruolo attivo nel campo dell'astronautica dalla fine degli anni '50. Nel 1960, su invito del Consiglio fed., si tenne a Meyrin, presso Ginevra, la prima conferenza intergovernativa mondiale sulla cooperazione intern. nel settore, che preparò la nascita, nel 1964, dell'Org. europea di ricerche spaziali (ESRO). Nel 1975, in seguito alla fusione dell'ESRO e dell'Org. europea per lo sviluppo dei vettori spaziali (ELDO, pure creata nel 1964), si costituì l'Agenzia spaziale europea (ASE), di cui nel 2010 facevano parte 18 Paesi, e che costituisce pertanto un riuscito esempio di cooperazione a livello europeo; l'ASE ha tuttavia mantenuto la propria indipendenza dall'Unione Europea sia sul piano finanziario che su quello istituzionale. La Svizzera, tra i membri fondatori dell'ESRO e dell'ASE, ha partecipato in misura consistente alla concezione e alla strutturazione di quest'ultima; nel 2009 i suoi contributi ammontavano a 150 milioni di frs. (3,3% dell'intero bilancio). All'inizio del XXI sec., grazie ai programmi ASE, l'Europa era una potenza mondiale astronautica, accanto agli Stati Uniti, alla Russia e alla Cina.
I primi importanti contributi sviz. all'astronautica intern. risalgono agli anni '60. Nel 1967 il razzo di ricerca Zenit, sviluppato dalla ditta Contraves, lanciò nello spazio strumenti di misurazione messi a punto dall'Univ. di Berna e dall'osservatorio di Ginevra. Un primo rilevante risultato della ricerca sviz. in campo astronautico fu raggiunto nel 1969 con l'allunaggio della navicella spaziale Apollo 11: in quell'occasione l'unico esperimento non americano fu compiuto con uno strumento a forma di vela per l'analisi del vento solare sviluppato congiuntamente dall'Univ. di Berna e dal Politecnico fed. di Zurigo; ist. sviz. parteciparono inoltre all'analisi di campioni di roccia lunare. Richiamandosi a quegli studi pionieristici, nel 1994 la Svizzera ha organizzato a Beatenberg il primo simposio intern. sul ritorno sulla Luna.
Attualmente tutte le Univ. sviz., i due Politecnici fed., l'osservatorio fisico-meteorologico di Davos e l'Ist. Paul Scherrer di Villigen dispongono di gruppi di ricerca che partecipano a missioni scientifiche spaziali nell'ambito di programmi ASE o in diretta cooperazione con la NASA e con l'agenzia spaziale russa; questi gruppi sono in genere finanziati dal Fondo nazionale sviz. per la ricerca scientifica e vengono coordinati dalla commissione per la ricerca spaziale dell'Acc. sviz. di scienze naturali. Dei progetti più importanti realizzati nel quadro dell'ASE ai quali partecipa anche la Svizzera fanno parte le sonde europee Geos per la magnetosfera (dal 1977), il laboratorio spaziale Spacelab (dal 1981), la sonda Giotto, per lo studio della cometa di Halley (1985-86), il satellite Hipparcos per misurazioni stellari (1989), la sonda Ulysses per l'esplorazione dei poli solari (1990), l'osservatorio ISO per raggi infrarossi (1992), l'osservatorio solare Soho (1995), la missione di astronomia a raggi gamma Integral (dal 2002), la missione Rosetta per lo studio delle comete (dal 2004), la sonda Huygens (atterrata su Titano nel 2005), il veicolo di trasferimento automatico per la Stazione spaziale intern., i telescopi Herschel e Planck (dal 2009). In collaborazione con la NASA sono stati realizzati i progetti concernenti i satelliti per la magnetosfera ISEE-1 (1977), DE (1981), AMPTE (1984) e Polar (1995), le sonde per il vento solare ISEE-3 (1978) e Wind (1994), mentre in collaborazione con i programmi astronautici russi sono state messe a punto le sonde Phobos per l'osservazione di Marte (1988) e la stazione orbitale Mir (1986-2001). L'astronomo e pilota sviz. Claude Nicollier ha fatto parte del primo gruppo di astronauti dell'ASE e ha partecipato a quattro missioni della navicella spaziale Space Shuttle (1992, 1993, 1996, 1999 con camminata nello spazio), nel quadro di progetti comuni ASE/NASA.
Diversi ist. univ. sviz. e l'ufficio fed. di meteorologia e climatologia MeteoSvizzera hanno parte attiva nell'osservazione della Terra effettuata con i satelliti meteorologici europei (Meteosat dal 1977, MetOp dal 2006) e nei programmi di telerilevamento (ERS dal 1991, ENVISAT dal 2002, missioni Earth Explorer dal 2009); numerosi gruppi di ricerca, inoltre, compiono esperimenti di biologia, medicina e scienza dei materiali in assenza di gravità. Dal 1995 esistono in Svizzera anche due ist. intern. per l'elaborazione coordinata dei dati trasmessi da satelliti scientifici: l'International Space Science Institute (ISSI) di Berna e l'Integral Science Data Centre (ISDC) di Versoix, specializzato in astronomia e nello studio dei raggi gamma. In campo astronautico l'industria sviz. fornisce soprattutto rivestimenti per il carico utile dei razzi vettori Ariane, strutture di satelliti, meccanica fine e microtecnica, standard cronometrici e di frequenza per satelliti, nonché una serie di prodotti ad alto contenuto tecnologico per la costruzione e l'equipaggiamento di satelliti, razzi vettori, impianti di lancio e stazioni al suolo.
Oltre che all'ASE, la Svizzera ha aderito a quattro org. che utilizzano satelliti: due intern., Intelsat (satelliti per telecomunicazioni, 1964) e Inmarsat (radiosatelliti per comunicazioni marine, 1976), e due europee, Eutelsat (satelliti per telecomunicazioni, 1982) ed Eumestat (meteosatelliti, 1983).