空间站是生产地面生产不出来的新材料、新合金以及材料加工的理想环境。1974年，美国社会学家格·亨利·斯坦认为，空间飞行的发展和空间环境的利用将可能导致第三次工业革命。尽管他言之过早，但失重空间环境却是一个“黄金王国”。微重力和理想真空的空间环境能生产出令人感兴趣的产品，空间有效加工能降低成本。如空间生产最简单的产品是硅片，而在地面生产则成本高、效率低、质量差。据1990年7月前苏联估计，索洛沃夫和瓦连京两宇航员在“和平”站上6个月生产新药品蛋白100千克，价值1.05亿卢布，只花了8000万卢布成本费，获利润2500万卢布。此外，2名宇航员研究了在失重环境中生产玻璃、金属合金以及半导体材料的商用价值。另据美国汤普森、拉莫·伍尔德里奇公司估计，每年在空间生产的20吨新材料的产值达到4.04亿美元。若在空间生产光纤，每千克就可比地面节省6万美元。
空间站的特殊环境为人类在空间加工材料开辟了新的途径。例如：制造新型泡沫金属。
泡沫塑料出现以后，人们很自然会想，能否制造一种像泡沫塑料一样的泡沫金属呢？要想制造泡沫金属，首先需要把金属熔化，然后再往熔化了的金属内部充气体，再使这种充气的金属冷却。但是，由于地面重力的影响，金属在冷凝过程中往往就把气体挤出。所以在地面上无法制造出泡沫金属。在空间站上，一切东西包括金属和气体都失去了重量，这样，人们充到熔化了的金属内部的气体就不会被挤出来。因此，在空间站上很容易制造出轻如泡沫坚如钢的新型泡沫金属。此外，在空间站上还可以制造理想滚珠，进行均匀焊接，生产完美晶体等等。
空间制药厂
空间药厂能生产几种特效药物。如1975年7月美与前苏“阿波罗一联盟”载人飞船对接飞行两天中，美国宇航员在“阿波罗”飞船内做过肾细胞分离实验，获得纯尿激酶。它是目前能溶解心肌梗塞血凝块的唯一有效药物，可用以治疗心肌梗塞、心脏病突发、中风偏瘫不语以及静脉炎等与心血管有关的疾病。在空间分离肾细胞，能获得比地面分离高6～7倍纯度的尿激酶（因人体尿中尿激酶需要从大量尿中提炼，比空间生产的尿激酶纯度低、成本高、疗效差）。1981年4月和1983年底，在航天飞机上做了4次此药的生产和研制。临床试用每针约3000美元。此种药物一旦能多生产，降到100美元一针，将是心肌梗塞症病人的一个福音，甚至可以给患有心脏病的患者注射，预防突发性心肌梗塞症。
在空间还进行过淋巴细胞分离，以寻找人为什么易患癌症。前苏联在“礼炮”站已生产出有效的流感疫苗。目前在地面上，人们只能生产少量高纯度血清或疫苗，而在空间生产的血清或疫苗纯度比地面高几十倍，甚至高达100倍。
美与前苏都利用各自载人空间飞行器，进行了一系列生物医学研究旭仍处于试制阶段。
一旦空间药品问世，它将能拯救几百万人的生命。空间药品不仅将使医药领域发生革命性的变化，而且经济效益也是巨大的。
空间医学试验
空间站上的一切都处于失重状态。空间站上的人和动物都失去了重量。长期失重对人的生理有什么影响？人能否在长期失重的条件下生活和工作？这些问题不仅关系到空间站的发展前途，而且也影响到今后的星际飞行。因此过去发射的几个空间站都无一例外地进行了空间医学试验。例如美国的“天空实验室”里用自行车功量计试验宇航员在失重状态下的工作能力，用下身负压试验研究失重对人体的影响。所谓自行车功量计，就是宇航员爬到固定在“天空实验室”地板上的自行车上，然后按规定速度踩蹬自行车，同时记录宇航员的心率、血压和呼吸等生理指标，以此考察宇航员的工作能力。下身负压试验，就是用一个外形像汽油桶似的装置套住宇航员的下半身，然后开动真空泵，降低桶里压力，这样宇航员下身周围的压力就低于上身周围的压力，上身血液就流向下肢，以此来模拟宇航员返回地面后由于重力的作用血液往下流动的情况。
宇航员在空间站里，用不着像在飞船里那样老是坐在椅子上。空间站比飞船大得多，它为宇航员提供了自由活动的天地。宇航员在这种失重的天地里生活，十分新奇而有趣。但是，宇航员的一切行动都得小心翼翼。
宇航员在空间站里行走，只要往地板上轻轻广蹬，就会像羽毛一样缓缓地向天花板飞去，然后轻轻地撞到天花板上。这个很轻的撞击，又会把宇航员推回地板，宇航员澍地板的撞击，又使他飞向天花板。就这样，宇航员在天花板粕地板之间没完没了地飞来飞去，直到他抓住固定在舱壁上的一个什么东西为止。为了使宇航员在空间站里行走不飞起来，必须采取特殊的措施。例如，美国“天空实验室”的地板、天花板和隔板都做有三角形的网眼。在宇航员的鞋底上装有V形法兰盘。宇航员在地板、天花板和隔板上行走，把V形法兰盘插入三角形网眼里；然后稍稍转动一下，鞋底就固定住了。当他要迈步前进的时候，先把一只脚转动一下，把鞋子从三角形网眼里拔出，然后插入前面的三角形网眼里，再稍稍转动一下。接着以同样的步骤拔出另一只脚再往前挪一步，这样一步一步稳稳地前进。
宇航员在空间站里吃东西和飞船里一样，也得格外小心。在失重状态下，水瓶子里的水无法倒进杯子里，杯子里的水也很难喝到嘴里。只要稍稍碰一下杯子，水就会变成水珠子飞走。因此，宇航员喝水得用特殊的水龙头把水喷进嘴里去。
宇航员在空间站里洗澡也和地面不一样。宇航员走进浴室，首先得拉起一个圆柱形的口袋把淋浴喷头和身体围起来，然后再扭开淋浴喷头进行冲洗。这样飞浅的水珠就被口袋挡住，而不致于在舱里到处乱飞。
在没有重力的环境里，宇航员不管是睡在硬板床上还是弹簧床上，或者用绳子吊在梁上都一样。在空间站的卧室里，壁上挂着一个个睡袋，宇航员要睡觉的时候，就钻进口袋，把头和两只手露在睡袋外面，可以感到像睡到弹簧床上一样的舒服。
宇航员在空间站里大小便也得十分小心。一不小心，大小便也会飞散开来。所以大小便也必须进入特殊的厕所间。
空间工厂
空间工厂并不是科学幻想。1990年5月31日，前苏联用“质子”火箭发射的“量子-3”（即晶体舱）于6月10日与“和平”站对接。它有一台生产装置（重10吨），有4台电炉及4台半导体晶体生产设备等。这就是“空间的第一个小工厂”。原定1993年，前苏联将发射一个重20吨的新技术舱，舱内装配16种前苏联和国外装置，进行微重力生产（完整装置重1.6吨）。
这个自动化工厂能生产半导体、光学玻璃以及生物制品和药品。前苏联还想用“能源”火箭发射一个重100吨的实验工厂，这也是“礼炮”站研究局设计的。它被称为“极”舱，它的生产装置重20吨，每年能生产1吨材料（材料消耗估计约20吨）。
在空间工厂方面，前苏联走在美国之前，而美国要到1999年才能完成它的“自由”号空间站。美国航宇局也提出利用空间站生产许多产品的计划，诸如半导体、光纤、砷化镓晶体、高质量的磁铁、触媒、超导、电触头材料、轴承合金、高强度合金、珠宝饰物、固体润滑剂、涡轮叶热电器件、金属纤维、泡沫材料、增强纤维金属、高纯度耐火材料、碳化硅晶体、硅胶；光学纤维、胶片存储器、集成电路芯片、空心玻璃等等。
观测和监视地球环境
人在空间站上借助高分辨率望远镜观测地球，或用望远镜式镜头对地球拍照，取代自动化遥感卫星。由人观察地球，若发生森林火灾，不仅可指出发生地，还可将蔓延方向指示给飞机、直升飞机以及陆基灭火队，只是要受到空间站轨道运行周期的限制。
回收、修理、发射卫星空间站一个最大用途是由宇航员回收卫星，并予以修理和重新发射。美国航天飞机已进行了4次这样的工作。空间站寿命长，不仅把地面发射卫星工作移到空间，而且能把造价昂贵的过期卫星或故障卫星回收，这样将大大延长卫星寿命。美航宇局正在研制可以飞出站很远的机动飞行器，以便回收降轨的静止卫星，并给卫星加燃，相当于中途加油站，进而从空间站向月球和火星发射载人宇宙飞船。美国国际“自由”号空间站设计时已考虑到它的飞行器空间起飞站。
空间维修是随着载人航天技术的成熟而出现的一种特殊勤务活动。其应用范围十分广泛，如对各种航天器和航天设施进行回收、修复、更换部件、补充燃料等。空间维修要求有很高的技术保证，首先要有长时间在空间停留的载人航天器，就目前而言，还只有航天飞机和航天站；其次被维修的航天器要适合空间维修，目前，这样的航天器采用先进的舱体化设计，即把航天器按功能分为若干个标准舱，便于拆卸，此外，要有地面控制的密切配合。由此可见，空间维修的实施既是一项复杂的系统工程，也是空间高科技水平的集中体现。
空间站的军事应用
美国和前苏联深知，利用空间从事军用活动具有重要作用。1987年，前美国国防部部长温伯格对国会说：“前苏联已用‘礼炮’站进行了16年的空间军事活动，而美国落后了，必须改变落后的空间形势，研制一个永久空间站。”美国国防部对空间站军事应用提出了长期战略方针。随着“星球大战”计划的实施，美国更需要一个军用空间站。美国国防部称：“前苏联的‘和平’空间站主要目的是军事应用。许多军事活动和实验将用视力观察、照相以及光学感测器实施。”前苏联把空间军事活动置于高度优先地位；一切围绕着空间有关战略进攻和防御系统，业已证明前苏联利用‘礼炮’站进行了寻找、鉴别和跟踪空间目标活动，作为走向空间武器平台的第一步。”前苏联曾在“礼炮6”上试验过空间激光武器，因定向问题以失败告终。前苏联曾想研制一个载12名军人的空间站，甚至讨论过大型站复合体内居住100名宇航员的设想。它拥有强大的“能源”运载火箭，很有可能在需要时发射这样的军用空间站。前苏联利用过“礼炮6”作为空间指挥站，配合陆基洲际弹道导弹、空中发射导弹以及远程轰炸机，进行过一次海、陆、空、空间四方面协同作战演习。另外，前苏联用“礼炮7”试验过陆基激光器空阎反射激光效应试验。美国是用航天飞机验证陆基激光照射空间反射镜向空间目标反射效果的。随着美与前苏军事对立的缓解，双方空间军事活动有所减少，但谁也不会放弃空间军事活动。
鉴于永久空间站寿命长达20～30年，美国国防部研究了它的军用潜力，提出使用国际“自由”号空间站作为军用，但遭到欧空局和加拿大的坚决反对。为避免欧空局和加拿大退出联合研制国际“自由”号空间站，美国国防部做出了让步，在头两年内不用于军用，但国防部部长卡卢奇在写给签署合作研制空间站的伙伴们一封信中指出：“在近于完成国际‘自由’空间站协议中，美国为了国家安全，明确表示保留使用空间站的权科……”国防部还向国会武器工作委员会送交了一份关于军用空间站的报告，并在报告中列举了利用永久空间站如下13个内容的军事活动：
（1）从空间站上直接观察陆地、海洋和航空飞行活动，研制目力用的各种感测器（光学、电学、红外等），以提高人从空间实时观测能力和图像鉴别力。
军用载人空间站可应用于战场管理、监视、指挥和控制；气象观测及预报，并支援整个海、陆、空三位一体作战，可以作为空间指挥站。
（2）空间站安放一架空间六分仪，用以测定海洋、陆地、经度和纬度，能精确地确定地形特征、冰、水和气象系统的位置，这些资料对作战具有决定性的作用。也可绘制军用地图，拟定阼战计划，并提供其他不载人系统确证的数字资料。
（3）评定人从空间站直接自力观测海军活动的能力，开展专门训练，以保证海军、民用船只和港口功能评价。利用军人宇航员进行观测，作为补充海军和海上活动情报收集的能力，也可监视军备控制协定，并直接支摇海军作战。
（4）研究和评价以空间为基地支援战术作战和宇航员支援海、陆、空作战的作用，确定直笨从空间协助战场指挥员的可能性。以各种感测器、自动化工具和数据支援空间受过训练的军事观察员，并同地面和航空观察员联系，这将会有助于对作战演习做出决定。人可以利用永久空间站，从空间获得大量军事情报，向拟定作战方案司令部提供决策和战术，并向司令部报告整个战场实况。一位空间站的军事观察员可能获得战场唯一有价值的及时战况。
（5）空间碎片和垃圾愈来愈多，这些空间物体不仅构成对载人空间站和卫星碰撞的危险，而且如预防碰撞，使空间站重量有此增加，必然导致发射费增加。一旦危险发生，应考虑空间站宇航员迅速脱脸的措施。除在空间站备有乘员应急返回飞行器外，还应利用空间站控制空间碎片，收集或清除它，由人去鉴别空间碎片有否危险。因不能完全依靠地面探测器探测空间碎片，地面有时颇难鉴定空间废物。美国空军有人提出利用空间碎片破坏前苏联设想的“空间雷”。
（6）评价空间站上人观察陆基、海基和空基发射导弹的能力和效果。军人宇航员具有特别的视野，如陆基探测器能探测和判断发射的导弹性质。
（7）从空间站监测全球大气和定位，以支援军事计划。研制人携带感测器，直接收集实时天气和空间环境资料，这些资料对空军、海军以及陆战队是极有价值的。感测器支援载人分析，对发展未来航空系统和改进目前系统的特性，也是很有价值的。
（8）一位军人宇航员为军事计划、作战和系统的研制提供空间环境资料的可能性。研制保证空间环境因素的分析和监测的感测器。辐射、重力和高空大气因素在当前军用航宇系统的发展和运用上起着重要作用。例如，电荷和辐射对先进空间系统有重要影响。对未来国家航宇飞机和新的一代卫星，要由空间站上的人进行实际深入研究。
（9）站上军人宇航员能定位、鉴别和跟踪陆海空以及空间目标。也能为陆基、海基以及枫载导弹导航和指向进攻的目标。人的鉴别和跟踪能力比感测器能力效果高。
（10）空间站是一个军用通信中心，能保证各种军事需要，把军事宇航员从空间收集到的情报和观察的作战实况直接送达指挥部，尤其是把侦察到的敌方军事情报迅速告诉指挥员。
