Budućnost istraživanja svemira uključuje i teleskopsko istraživanje i fizičko istraživanje prostora bespilotnim letjelicama i ljudskom posadom.
Nacionalne i privatne organizacije najavile su ili planiraju najaviti fizičke istraživačke misije u svemir. Glavni cilj gotovo svih misija je dobivanje novih informacija o Sunčevom sustavu. Dugoročno postoje planovi za orbitiranje ili slijetanje na površinu Mjeseca i Marsa. Velika želja mnogih organizacija (uključujući SpaceX-a) je da se na taj način uspostave temelji za stvaranje trajnih naselja na drugim planetima. Daljnja istraživanja potencijalno će uključivati ekspedicije na drugim planetima i njihovim satelitima za stvaranje rudarskih i drugih izvora za samoopskrbljavanje.
Robotska kineska lunarna istraživačka misija koja se sastoji od orbitera i landera. Letjelica je trenutno u izradi i zakazano je lansiranje u prosincu 2019. godine. Isprva je lansiranje odgođeno 2017. zbog neuspjeha vozila za lansiranje Long March 5. Chang'e 5 će biti prva kineska misija koja u cilju ima vratiti se na Zemlju s najmanje 2 kilograma uzorka stijena i ostalih tvari. Letjelica je ime dobila po kineskoj božici mjeseca Chang'e. To će biti prva misija koje će se vratiti sa Mjeseca još od Lune 24, 1976. godine.
(Smart Lander for Investigation Moon) je lunarni lander koji je razvila Japanska (Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)). Lander je planiran da se lansira 2021. godine. To je Japanska prva misija lunarnog spuštanja koja će demonstrirati precizno spuštanje na unaprijed određeno mjesto na Mjesecu. Tijekom spuštanja lander će prepoznati lunarne kratere primijenjujući tehnologiju iz sustava za prepoznavanje lica i odrediti trenutnu lokaciju. SLIM teži spuštanju na mekše površine s mogućnosšću pogreške od 100m.
Exploration Mission-1 ili EM-1, ranije poznata kao Space Launch System 1 ili SLS-1. To je prvi planirani let bez posade ovoga sistema. Lansiranje je planirano u lipnju 2020. iz Launch Complexa 39B u svemirskom centru Kennedy. Letjelica će provesti oko 3 tjedna u svemiru, uključujući 6 dana u orbiti Mjeseca. 2023. planirana je Exploration Mission-2.
Radi se o roveru koji bi trebao stići na Mars. Dio je međunarodnog programa ExoMars kojeg vodi ESA(Europska svemirska agencija) u suradnji sa Rascosmosom (Ruska svemirska agencija). Plan predviđa pokretanje ruskog lansirnog vozila, ESA nosača i ruskog landera koji će postaviti rover na površinu Crvenog planeta. Misija bi trebala biti lansirana u srpnju 2020. Nakon dolaska na Mars roveri bi u narednih 7 mjeseci tražio dokaze o postojanju neke vrste života u prošlosti planeta. Orbiter ExoMars služit će kao roverov satelit za komunikaciju.
Dio je NASA-inog programa Mars Exploration, trebao bi biti lansiran u srpnju ili kolovozu 2020. Misija za cilj ima prikupiti uzorke koji bi mogli dokazati da na Marsu može postojati život. Također će tražiti znakove prošlog života i uvjeta u kojima je takav život opstajao. Nadalje, rover će testirati matodu za proizvodnju kisika iz Marsove atmosfere, kao i identificirati druge uvjete za buduće astronaute.
Misija bi trebala biti lansirana u srpnju ili kolovozu 2020. s raketom za teške terete Long March 5. Njezin cilj je pronaći dokaze o postojanju života na Marsu i procijeniti okolinu za buduće astronaute.
Misija Mars orbiter 2, također nazvana Mangalyaan 2 je druga interplanetarna misija Indije koja planira doći do Marsa u vremenskom okviru 2022.-2023. Orbiter će uz pomoć specijalnih metoda ući u Marskovu orbitu kako bi promatrao planet.
Misija Hope Mars je misija za istraživanje svemira sa površine Crvenog planeta. Misiju provode Ujedinjeni Arapski Emirati i planiraju je lansirati 2020. godine. Misiju je najavio šeik Khalifa bin Zayed Al Nahyan, predsjednik Emirata.
Članak u znanstvenom časopisu Priroda predložio je istraživanje asteroida kao dobru podlogu za buduća istraživanja Marsa. Da bi takav pristup bio održiv potrebno je ispuniti tri uvjeta. Kao prvo potrebno je temeljito ispitati količinu asteroida u sunčevom sustavu koji bi bili pogodni za spuštanje letjelica na iste. Pod drugo potrebno je stvoriti letjelice koje bi mogle proći dovoljno velike udaljenosti do svih asteroida i u krajnjem cilju do Marsa. Kao treće potrebno je razviti vozila koja bi mogla istraživati asteroid bez obzira na njegovu veličinu, rotaciju ili bilo koje drugo svojstvo. Nadalje, korištenje asteroida pružilo bi astronautima zaštitu od kozmičkih zračenja, kao i iskustvo s istim.
Kao dio NASA-inog programa za otkrivanje trebala bi biti lansirana u listopadu 2021. godine da istraži 6 asteroida Trojan pojasa. Smatra se da su dva trojanska roja ispred i iza Jupitera sačinjena od istog materijala kao i neki planeti koji su uvučeni u orbitu blizu Jupitera. Lucy će biti prva misija koje će proučavati Trojance, a znanstvenici se nadaju da će podaci koje Lucy prikupi biti ključni znanstvenicima da stvore revoluciju u našem znanju o sunčevom sustavu. Iz tog razloka misija se zove Lucy prema fosiliziranim ostatcima koji su pružili uvid u evoluciju ljudi. Također misija bi mogla otkriti tragove o formaciji života na Zemlji.
Letjelica Psyche kao dio NASA-inog programa za otkrivanje trebala bi biti lansirana krajem 2022. godine. Cilj joj je metalni objekt koji se nalazi u pojasu asteroida. Objekt zvan 16 Psyche širok je oko 210 kilometara i skoro je cijeli načinjen od željeza i nikla. Zbog toga znanstvenici vjeruju da se ustvari radi o ostatcima nekog planeta koji je pretrpio nekoliko sudara s drugim objektima.
The Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security - Regolith Explorer (OSIRIS-REx). Misija je pokrenuta 8. rujna 2016. godine. Letjelica je putovala do asteroida 1999 RQ36 (Bennu) kako bi prikupila uzorke asteroida za kojeg se vjeruje da je relativno nepromijenjen. Bennu se u velikoj mjeri sastoji od hondrula, nakupina rastaljene stijene koja sadrži elektrostatičke i gravitacijske sile. Letjelica je do asteroida stigla 3. prosinca 2018. godine.