Sistem pendukung kehidupan di pesawat ruang angkasa melibatkan teknologi yang dirancang untuk mensimulasikan kondisi kehidupan di Bumi. Ini termasuk sistem yang diperlukan untuk kelangsungan hidup dasar manusia, seperti tekanan atmosfer yang memadai, perisai radiasi yang diperlukan untuk ancaman kesehatan dari sinar kosmik, dan gravitasi buatan untuk meminimalkan hilangnya kepadatan tulang dan atrofi otot pada misi luar angkasa yang panjang. Elemen penting lainnya dari sistem pendukung kehidupan termasuk kemampuan untuk mendaur ulang udara dan air, menjaga panas dan kelembaban yang optimal untuk kenyamanan manusia, dan sistem penyimpanan makanan dan pembuangan limbah.
Kontrol Lingkungan dan Sistem Pendukung Kehidupan (ECLSS) di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) memberikan model yang baik dari sistem pendukung kehidupan yang perlu disesuaikan untuk setiap perjalanan pesawat ruang angkasa berawak panjang dalam waktu dekat, seperti perjalanan manusia ke Mars. ECLSS terutama melayani fungsi memurnikan udara di ISS dari partikulat, mikroorganisme, dan gas yang tidak diinginkan seperti CO2 yang dihembuskan dan senyawa organik yang mudah menguap yang dipancarkan oleh peralatan atau kargo. Sistem ini juga mempertahankan tekanan atmosfer dan tingkat uap air yang tepat, yang memfasilitasi suhu dan tekanan yang seragam di seluruh stasiun. Air juga dimurnikan oleh ECLSS, bersama dengan kemampuannya untuk menyediakan oksigen segar untuk bernafas.
Meskipun sistem pendukung kehidupan yang digunakan ECLSS dapat diandalkan dan tahan lama, sistem ini tidak sepenuhnya mandiri. Sebagian besar air di stasiun didaur ulang dan digunakan kembali berkali-kali, termasuk sebagai sumber pembangkit oksigen, tetapi stasiun tetap harus disuplai dengan air secara berkala. Hal ini sebagian karena fakta bahwa air dipecah untuk membuat oksigen, dan hidrogen yang dibuat dalam proses elektrolisis untuk melakukan ini dibuang ke luar angkasa. Penelitian sedang dilakukan untuk mengembangkan Carbon Dioxide Reduction Assembly (CReA) yang akan mereaksikan limbah hidrogen dengan CO2 yang dihembuskan oleh kru untuk menghasilkan air tawar dan bahan bakar metana.
Perjalanan dengan durasi lama ke luar angkasa yang bisa memakan waktu berbulan-bulan hingga bertahun-tahun akan membutuhkan sistem ekologi tertutup yang sepenuhnya mandiri. Salah satu komponen utamanya adalah berupa bentuk sumber energi yang lebih tahan lama dibandingkan unit Power Supply Module (PSM) yang digunakan ISS untuk memecah air dan menjernihkannya, serta menyediakan panas, cahaya, dan listrik untuk Stasiun. Juga tidak mungkin untuk membawa semua air dan udara yang diperlukan untuk perjalanan seperti itu sejak awal, dan peralatan regeneratif akan diperlukan untuk memproduksi air bersih dan udara dalam perjalanan.
Salah satu pendekatan untuk membangun sistem pendukung kehidupan utama yang dapat diterapkan untuk memasok makanan, udara, dan air telah melalui proyek Biosfer dan Mars di Bumi (MoE) yang disponsori oleh Badan Penerbangan dan Antariksa Nasional AS (NASA). Mereka mencoba untuk mensimulasikan kondisi kehidupan di lingkungan yang benar-benar terisolasi dari pasokan luar. Sistem penyangga kehidupan nabati yang efisien yang dibuat dari penelitian ini dapat menjernihkan udara dan air, serta menjadi sumber makanan. NASA melihat enam elemen pendukung kehidupan penting yang perlu ditangani dalam Proyek Dukungan Kehidupan Lanjutan (ALS). Ini termasuk berurusan dengan penyediaan dasar-dasar makanan bersih, air dan udara, dan dengan logistik masalah biomassa, termal, dan limbah.
Efek jangka panjang dari penerbangan luar angkasa manusia juga dapat merugikan karena radiasi, tanpa bobot, dan isolasi psikologis awak. Perisai di atas kapal dapat melindungi kru dari beberapa radiasi di luar angkasa. Memutar pesawat ruang angkasa pada poros tengahnya saat bergerak menuju tujuannya juga dapat menghasilkan tingkat gravitasi yang disimulasikan di sepanjang lambung luarnya, karena efek percepatan sentripetal.
Kosmonot Rusia memiliki pengalaman paling luas dengan isolasi di stasiun luar angkasa yang mengorbit Bumi. Pada tahun 2002, mereka menjalankan eksperimen yang disebut Simulasi Penerbangan Kru Internasional di Stasiun Luar Angkasa (SFINCSS) di mana para sukarelawan bergantian tinggal selama delapan bulan di ruang terbatas. Sejarah misi jangka panjang di stasiun luar angkasa Mir Rusia juga dipandang sebagai data medis dan psikologis yang sangat berharga. Mungkin terbukti penting untuk mempersiapkan efek yang mungkin dihadapi kru mana pun dalam misi selama satu setengah tahun ke planet Mars.