Kosmosa izpētē svarīgi ir cilvēka lidojumi kosmiskajā telpā. Pirmais cilvēks kosmiskajā telpā bija Jurijs Gagarins, kurš 1961. gadā veica orbitālo lidojumu ap Zemi, bet Nīls Ārmstrongs ir pirmais cilvēks, kas izkāpis uz Mēness virsmas. Kosmosa izpētē liela nozīme ir teleskopiem, kas ļauj novērot procesus daudz tālāk, nekā cilvēks spēj doties. Liels ieguldījums ir bijis Habla kosmiskajam teleskopam, bet pašlaik lielas cerības tiek liktas uz Džeimsa Veba teleskopu, kas 2021. gadā tika palaists orbītā ap Zemi. Kosmosa izpētē organizē arī bezpilota misijas, sūtot starpplanētu zondes uz citām Saules sistēmas planētām (cilvēks fiziski nav bijis tālāk par Mēnesi). Liela nozīme kosmosa izpētē ir arī starptautiskajai sadarbībai, piemēram, Starptautiskā kosmosa stacija ir projekts, kurā iesaistītas vairākas valstis.