Lorsque l'on parle de rayonnement spatial, on parle assez spécifiquement des rayonnements, qu'ils soient sous forme de particules de matière ou de photons, auxquels les humains sont susceptibles d'être exposés lors de missions spatiales. Ce rayonnement est particulièrement préoccupant lorsque l'on se propose de voyager dans le Système solaire, car l'atmosphère et le champ magnétique de la Terre ne protègent alors plus les astronautes qui effectueraient par exemple des missions à destination de la Lune, d'astéroïdes et surtout de Mars.
On distingue trois types de rayonnements spatiaux :
- les rayons cosmiques galactiques provenant de l'extérieur du Système solaire (noyaux lourds, rayons gamma) ;
- les particules solaires éjectées lors d'éruptions solaires, par exemple des protons ou des rayons X ;
- les rayons piégés par le champ magnétique terrestre, comme les électrons tueurs.
Tous ces rayonnements doivent être pris en compte en médecine spatiale, car ils ont suffisamment d'énergie pour modifier ou briser les molécules d'ADN. Ce qui peut endommager ou tuer les cellules et conduire à la mort. Si les risques les plus importants sont à l'occasion des éruptions solaires, il ne faut pas oublier que même en période de calme, ils augmentent avec la durée d'exposition des astronautes en dehors de la Terre. Parmi ces effets à long terme, on compte les cataractes, les risques accrus de cancer, la stérilité ou des mutations transmissibles à la descendance.
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