Après Apollo, les États-Unis doivent redéfinir leur stratégie spatiale. Le programme lunaire est extrêmement coûteux et son objectif politique initial a été atteint. En 1972, l'administration Nixon autorise le développement du Space Shuttle, un système partiellement réutilisable destiné à abaisser le coût des lancements et à rendre l’accès à l'orbite plus fréquent. La navette doit servir à placer des satellites, conduire des expériences, soutenir des missions militaires et, à terme, participer à la construction d'une station spatiale.
Le premier vol de Columbia en avril 1981 marque l'entrée dans une nouvelle phase. Contrairement aux capsules précédentes, l'orbiteur revient sur Terre comme un planeur, tandis que les deux propulseurs d'appoint à poudre sont récupérables. Le système offre des capacités importantes : vaste soute, équipage nombreux, possibilité de récupérer ou réparer des satellites. Il contribue notamment au déploiement puis à la maintenance du télescope spatial Hubble et à l'assemblage de l'ISS.
L'ambition économique initiale se heurte cependant aux contraintes techniques. La navette est réutilisable, mais sa remise en état exige des opérations lourdes et coûteuses. Le rythme de vol reste très inférieur aux projections optimistes des années 1970. Surtout, les catastrophes de Challenger en 1986 et Columbia en 2003, qui causent chacune la mort de sept astronautes, révèlent les risques d'un système complexe et les faiblesses possibles de la culture organisationnelle lorsque les impératifs de calendrier prennent le pas sur l'analyse du danger.
Le programme s'achève en 2011 après 135 missions. Son bilan est donc ambivalent. Il a permis des réalisations scientifiques et techniques majeures, mais il n'a pas rendu l’accès à l’espace aussi routinier ni aussi peu coûteux qu'espéré. Cette expérience explique en partie l'évolution ultérieure de la politique américaine : plutôt que de faire exploiter par la NASA l'intégralité du transport orbital, l'État encourage des entreprises privées à développer leurs propres véhicules. La navette constitue ainsi une transition entre le modèle des grands programmes publics de la guerre froide et l'écosystème plus commercial du New Space.