Una nau espacial (també anomenada vehicle espacial o astronau) és un vehicle dissenyat per viatjar més enllà de l'atmosfera terrestre, a l'espai.[1] Les naus espacials poden ser robòtiques o bé vehicles tripulats. El terme també s'utilitza per a descriure satèl·lits artificials amb criteris de disseny similars.
El terme astronau s'aplica només a les naus que poden transportar persones.[1] Als vestits espacials també se'ls pot anomenar naus espacials en miniatura, amb èmfasi en el seu propòsit de mantenir al seu portador en vida mentre travessa el buit de l'espai exterior.
La nau espacial és un dels elements primaris de la ciència-ficció en moltíssims contes i novel·les. Alguns llibres de ciència-ficció dura s'enfoquen en detalls concernents les naus, mentre que uns altres consideren que les naus espacials ja existeixen i no tracten gairebé gens sobre com funcionen.