星际航天器，或能够在太阳系之间旅行的航天器，需要比人类已经建造的行星际航天器先进得多。虽然太阳系中行星之间的距离可以用光分或光时来测量，但恒星系统之间的距离通常是几十光年。由于太阳系相对于它们所嵌入的广阔的空白空间来说是如此之小，星际航天器要成功到达其目标，就需要高精度的导航和推进系统。。

星际旅行的一个优点是太空近乎真空；一旦你让一个物体移动，几乎没有阻力使它减速。然而，利用当代化学火箭技术，将任何物体加速到光速的千分之几以上将是极其困难的。为了制造星际航天器，人们已经承认固体燃料化学火箭是不够的，必须设计新的推进方法。

制造星际航天器的另一个主要技术障碍是确保其乘员在整个旅程中保持舒适和心理健康，这可能需要数百年或数千年的时间。星际航天器很可能必须作为一个自主的空间殖民地，可能容纳几代人以及他们生存和繁荣的手段。建议的替代方案包括暂停动画系统或人类基因工程，以延长寿命、减少饮食或抵抗无聊。。

最早的星际航天器具体方案之一来自于1958年在圣地亚哥通用原子公司（General Atomics）诞生的猎户座计划（Project Orion）。几位原子科学家认为，该项目在当今的技术中是可行的，它需要一艘装有巨大减震器的船只，由从飞船后部扔下的热核炸弹爆炸推动前进。炸弹会蒸发爆炸板的一部分（某种形式的塑料被认为是最佳的），作为推进剂提供推力。许多科学家和工程师在60年代建造猎户座航天器，并在70年代和80年代利用它绕太阳系旅行，这是认真的，但由于核武器的政治敏感性，该项目被搁置。。

另一种更先进的星际飞船是巴斯萨德冲压发动机。这种冲压式喷气发动机将由位于飞行器前部的一个巨大的勺子组成，设计用于以喷气发动机吸入空气的方式吸入星际氢气。氢原子核将在质子-质子反应中融合，为推力提供能量。尽管星际空间中自由漂浮的氢是扩散的，但如果飞船按照其设计要求以接近光速的速度移动，就可以获得大量的氢。据计算，这样的船可能以光速的16%左右移动。。

另一个被提议的航天器是太阳帆。因为即使是阳光也会对表面施加一定的压力，所以它可能被用来推动连接在巨大太阳帆上的有效载荷。这种帆需要很多公里宽，但可能只有几个原子厚，这取决于使用的材料。石墨烯是一种特别坚固而薄的碳原子排列，可能是一种潜在的候选材料。紧紧卷起，一个只有几百吨的有效载荷可能足以部署一个太阳帆，能够将有效载荷加速到光速的很大一部分。唯一的问题是，一旦你到达目标恒星系统，速度就会减慢，这项任务可能会被分配给核复古火箭。。

许多其他类型的星际飞船也被考虑过，无论是在严肃的背景下还是在科幻小说中。人们普遍讨论使用虫洞或时空“弯曲”的航天器，尽管这种设计通常需要巨大的能量（大约相当于太阳在几分钟内释放的能量），或者使用负物质，这是一种奇特的物质形式，可能存在，也可能不存在。尽管考虑到我们目前的技术，制造使用实际推进剂来提供推力的飞船可能还需要几十年的时间，但要想实现这一点，就要现实得多。考虑到星际旅行和殖民的真正激进后果，几十年似乎不是很长的等待时间。。