La National Aeronautics and Space Administration (NASA) est créée par le National Aeronautics and Space Act signé le 29 juillet 1958 et commence ses activités le 1er octobre. Sa naissance répond directement au choc de Spoutnik et à la volonté américaine de mieux coordonner l'effort spatial civil. Elle succède notamment au National Advisory Committee for Aeronautics (NACA), organisme de recherche aéronautique fondé en 1915. Dès l'origine, la NASA est donc une institution civile placée au cœur d'une compétition stratégique avec l'URSS, alors même que les activités spatiales militaires restent confiées au département de la Défense.
Son fonctionnement illustre un modèle particulier d'organisation de la puissance scientifique. La NASA ne réalise pas seule l'ensemble de ses programmes. Elle fixe des objectifs, coordonne des centres de recherche fédéraux, contractualise avec de grandes entreprises et s'appuie sur les universités. Ce réseau public-privé est décisif pour Mercury, Gemini, Apollo, la navette spatiale, les sondes interplanétaires ou les grands télescopes. L'agence devient ainsi un acteur institutionnel capable de convertir des ressources budgétaires en innovations, en infrastructures et en prestige international.
La NASA remplit cependant plusieurs fonctions qui ne se confondent pas. Elle contribue à la science fondamentale avec les missions d'exploration planétaire et l'astrophysique; elle soutient l'observation de la Terre et du climat; elle développe des capacités technologiques; elle participe à des coopérations diplomatiques comme la Station spatiale internationale. Certaines de ses innovations produisent également des retombées industrielles, même si le discours sur les « spin-offs » spatiaux doit être manié avec prudence : tous les progrès technologiques associés à l’espace ne résultent pas directement de l'agence.
Son histoire montre enfin que la puissance spatiale dépend de choix politiques continuellement renégociés. Après Apollo, la NASA doit composer avec des budgets plus faibles en part du budget fédéral et avec des objectifs successifs parfois contradictoires : navette réutilisable, station orbitale, exploration robotique, retour vers la Lune. Depuis les années 2000, elle recourt davantage à des partenariats commerciaux pour le transport vers l'orbite basse. La NASA reste donc un instrument de puissance publique, mais son rôle évolue : elle passe progressivement du modèle de l'État maître d'œuvre presque exclusif à celui d'un État stratège organisant un écosystème spatial plus diversifié.