Działania wykonywane w przestrzeni kosmicznej poza statkim, w specjalnym skafandrze kosmicznym będącym na własnym zasilaniu. Czasami astronauci opuszczają statki w celu badań lub napraw. Zakładają wtedy specjalne skfandry kosmiczne, połączone ze statkiem linką – każdy jego ruch odpycha go w odwrotnym kierunku niż kierunek, w którym się porusza. Zabezpieczone są także wszystkie używane przedmioty. Czasami astroanuci używają też specjalnego ramienia, zdalnego manipulatora, jako punkt podparcia przy wykonywaniu różnych czynności. Astronauta ma do dyspozycji także OZM, czyli osobisty zespół manewrowy.
Pierwszą osobą, która odbyła spacer w kosmosie, 18 marca 1965 roku, był Alieksiej Leonow ze statku Woschod 2. Po przygotowaniu się w śluzie powietrznej Leonow przebywał w otwartej przestrzeni przez 10 minut, przywiązany do statku liną. Przy powrocie nie mógł zmieścić się w śluzie, ponieważ jego skafander powiększył się. Wejść do środka udało mu się dopiero po 8 minutach.
Pierwszym amerykaninem, który znalazł się w otwartej przestrzeni kosmicznej był Ed White ze statku Gemini 4. Na spacer kosmiczny wyszedł 3 czerwca 1965 roku. Poruszał się przy pomocy pistoletu na sprężony gaz. Na zewnątrz przebywał 21 minut. Ze statkiem połączony był giętką rurką, przez którą dostarczano mu tlen. Gdy kazano mu wrócić na statek, powiedział, że „to najsmutniejsza chwila mojego życia„. Ed White zginął 27 stycznia 1967 roku w pożarze kapsuły załogowej statku Apollo 1, podczas testów przedstartowych.
Rekordzistą w ilości odbytych spacerów kosmicznych jest Anatolij Sołowjow, który w przestrzeni kosmicznej przebywał 16 razy – 77 godzin i 41 minut.
Spacer kosmiczny może odbywać się także wewnątrz pojazdu. Na przykład, na stacji ISS astronauci ubierali skafander i dekompresowali część stacji, która miała być poddana naprawie (czytaj więcej).
