우주선은 극한 환경에서 성능을 발휘해야 하므로 여러 가지 특수 재료가 조합됩니다. 주로 사용되는 재료는 알루미늄 합금과 티타늄 합금으로 가벼우면서도 높은 강도를 제공하여 구조재로 많이 쓰입니다. 탄소 복합재료(CFRP)는 강성과 내열성이 뛰어나 외벽과 구조물에 사용되며 니켈 합금과 같은 초합금은 고온과 고압에 강해 엔진 부품에 적용됩니다. 또한 극한의 온도 차를 견디기 위해 세라믹 재료가 열 차폐용으로 사용되며 방사선 차단을 위해 베릴륨 같은 금속도 사용됩니다. 우주선은 이러한 재료를 최적화하여 가벼우면서도 내구성을 극대화하도록 설계됩니다.