Vehículo reutilizable capaz de alcanzar una órbita en torno a la Tierra. A mediados de los años setenta, tras la cancelación del Proyecto Apolo, la NASA comenzó a diseñar un vehículo reutilizable que pudiera sustituir a los costosos cohetesde varias etapas usados hasta entonces. El transbordador espacial despega como un cohete convencional, ayudado por unos impulsores laterales -boosters en inglés- que se recuperan tras el lanzamiento y por un depósito principal de combustible que se pierde, aterrizando 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, la cual visita periódicamente.

Tras realizarse diversos ensayos en 1977 con un prototipo de nombre Enterprise en homenaje a la serie de ciencia ficción 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 la NASA decidió, salvo en las misiones con destino a la Estación Espacial Internacional, en la cual podrían refugiarse sus tripulantes en caso de emergencia, tener preparado un segundo transbordador por si fuera necesario realizar una misión de rescate, como ocurrió en mayo de 2009 durante la misión de mantenimiento del telescopio espacial Hubble llevada a cabo por el Atlantis, mientras el Endeavour aguardaba listo para ser lanzado en Cabo Cañaveral. Por fortuna no fue necesario recurrir a él ya que el Atlantis aterrizó sin problemas en la base Edwards, debido al mal tiempo reinante en Florida.

A diferencia de lo ocurrido tras la pérdida del Challenger, la NASA nunca llegó a un nuevo transbordador para reemplazar al Columbia, por lo que la flota de los mismos quedó reducida a tres. Esto se debió a que ya por entonces se empezó a prever su retirada, tras lo cual serían sustituidos por una nueva generación de naves espaciales que todavía se encuentran en fase de proyecto, aunque el cambio de la administración Bush a la administración Obama en 2009 supuso un replanteamiento total de los planes de la NASA y un nuevo inicio a partir prácticamente de cero. Estas circunstancias provocaron un considerable retraso en el desarrollo de la nueva generación de vehículos espaciales tripulados, razón por la cual durante varios años los astronautas norteamericanos y europeos dependerán de las vetustas -pero fiables- cápsulas Soyuz rusas.

Durante la primera mitad de 2011 fueron programadas las tres últimas misiones de los transbordadores espaciales a la Estación Espacial Internacional: entre febrero y marzo la del Discovery, en mayo la del Endeavour y en julio la del Atlantis, tras lo cual el programa de los transbordadores espaciales fue cancelado de forma definitiva después de 135 misiones realizadas a lo largo de treinta años.

Como anécdota, cabe reseñar la aparición de unidades del transbordador espacial, habitualmente con nombres ficticios, en varias películas, tal como es el caso del Moonraker -traducible como Rastro lunar- de la película homónima perteneciente a la serie de James Bond, o el Daedalus -Dédalo- de Space Cowboys.

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. Desde entonces Rosaviakosmos, la agencia espacial rusa, sigue utilizando cápsulas Soyuz para sus vuelos tripulados.

La ESA 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 ni siquiera llegó a construirse un prototipo.