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Vehículo reutilizable capaz de alcanzar órbitas bajas en torno a la Tierra. A mediados de los años setenta, tras la conclusión del proyecto Apolo, la NASA comenzó a diseñar un vehículo reutilizable que pudiera sustituir a los costosos cohetes de varias etapas usados hasta entonces. El transbordador espacial despega como un cohete, ayudado por unos cohetes auxiliares que se recuperan y por un depósito principal de combustible que se pierde, y aterriza como un avión. Realiza misiones en órbitas bajas, siendo una de sus principales tareas la de poner satélites en órbita. Sus actuaciones más espectaculares han sido la puesta en órbita del telescopio espacial Hubble, así como varias reparaciones posteriores del mismo; el atraque en la estación espacial Mir, y la puesta en órbita de alguno de los módulos de la Estación Espacial Internacional
Tras realizarse diversos ensayos en 1977 con un prototipo de nombre Entreprise en homenaje a la serie Star Trek, el primero de los transbordadores operacionales, bautizado con el nombre de Columbia, realizó su primer vuelo en abril de 1981. Tras el Columbia entraron en servicio otros tres transbordadores más, todos ellos gemelos suyos: El Challenger en 1983 , el Discovery en 1984 y el Atlantis en 1985 . En enero de 1986, a causa de una fuga en uno de los cohetes impulsores de combustible sólido, el Challenger estalló minutos después de despegar pereciendo todos sus tripulantes, lo que motivó una paralización de los vuelos del transbordador durante dos años y medio, hasta que en septiembre de 1988 se reanudó el programa de vuelos con un nuevo lanzamiento del Discovery. Cuatro años más tarde, en 1992, se construyó un nuevo vehículo, el Endeavour, para reemplazar al desaparecido Challenger.
Diecisiete años después, en febrero de 2003, se repitió la tragedia cuando el Columbia se desintegró al entrar en la atmósfera a su vuelta de una misión, falleciendo asimismo sus tripulantes, lo que motivó una nueva paralización de los vuelos. Tras descubrirse que la causa había sido un desprendimiento durante el despegue del recubrimiento del tanque principal de combustible, que había dañado la capa de losetas térmicas que protegen al vehículo del calor durante la reentrada en la atmósfera, una vez resuelto el problema los vuelos se reanudaron en julio de 2005. Aunque este vuelo transcurrió sin incidentes, la aparición de problemas similares a los que provocaron la catástrofe recomendó una nueva paralización, esta vez por un año, ya que el siguiente vuelo del transbordador, de nuevo el Discovery, tuvo lugar en julio de 2006, al que siguió, en septiembre de 2006, otro del Atlantis, lo que permitió reanudar la interrumpida construcción de la Estación Espacial Internacional. Para evitar posibles repeticiones de accidentes como el del Columbia, a partir de la reanudación de los vuelos siempre se encuentra preparado un segundo transbordador listo para realizar una misión de rescate de los astronautas afectados, algo que hasta el momento no ha resultado necesario.
A diferencia de lo ocurrido tras la pérdida del Challenger, la NASA no tiene intención de construir un nuevo transbordador para reemplazar al Columbia, por lo que la flota de los mismos ha quedado reducida a tres. Esto se debe a que está prevista su retirada del servicio para 2010, tras lo cual serán sustituidos por una nueva generación de naves espaciales que todavía se encuentran en fase de proyecto.
Con varios años de retraso en relación con la NASA, la Unión Soviética desarrolló su propio proyecto de transbordador espacial. El prototipo, llamado Buran, fue lanzado en 1988 sin tripulación y dirigido desde tierra por control remoto, realizando con total éxito su primer vuelo, que también fue el único ya que el hundimiento de la URSS y la posterior crisis económica rusa provocaron la cancelación del proyecto en 1993, quedándose sin concluir el resto de los vehículos previstos. El Buran, arrinconado en un hangar, se perdió tras un accidente en 2002, mientras el resto del material (maquetas, prototipos y naves a medio construir) se dispersó por diversos lugares, haciendo imposible una recuperación del programa tras la cancelación temporal de los vuelos del transbordador norteamericano y la consiguiente paralización de la construcción de la Estación Espacial Internacional. Aún hoy en día (septiembre de 2006) la agencia espacial rusa sigue utilizando cápsulas Soyuz para sus vuelos tripulados.
La Agencia Espacial Europea inició asimismo en 1987 el desarrollo de su propio proyecto de transbordador espacial, el Hermes, de tamaño inferior al del norteamericano y cuyo impulsor estaba previsto que fuera un cohete Ariane 5. Al igual que en el caso soviético este proyecto resultó asimismo fallido clausurándose en 1993, aunque en esta ocasión no llegó a construirse siquiera un prototipo.
