Tähtienvälisten avaruusalusten tai avaruusalusten, jotka pystyvät tekemään matkoja aurinkokuntien välillä, olisi oltava huomattavasti edistyneempiä kuin ihmiskunnan jo rakentamat planeettojen väliset alukset. Vaikka tämän aurinkokunnan planeettojen välinen etäisyys voidaan mitata valominuutteina tai valotunteina, tähtijärjestelmien väliset etäisyydet ovat tyypillisesti kymmeniä valovuosia. Koska aurinkojärjestelmät ovat niin pieniä verrattuna valtaviin tyhjiin tiloihin, joihin ne on upotettu, korkean tarkkuuden navigointi- ja propulsiojärjestelmät ovat välttämättömiä, jotta tähtienvälinen avaruusalus saavuttaa tavoitteensa onnistuneesti.
Yksi tähtienvälisen matkan etu on avaruuden lähes tyhjiö; Kun saat esineen liikkumaan, vastusta on vähän sen hidastamiseksi. Nykyaikaisella kemiallisella rakettitekniikalla minkä tahansa kohteen kiihdyttäminen valonnopeuden useiden tuhannesosien nopeuteen olisi kuitenkin äärimmäisen vaikeaa. Tähtienvälisen avaruusaluksen tekemiseksi on tunnustettu, että kiinteän polttoaineen kemialliset raketit eivät riitä ja että on kehitettävä uusia työntömenetelmiä.
Toinen suuri tekninen este tähtienvälisen avaruusaluksen luomisessa on varmistaa, että sen matkustajat pysyvät mukavana ja psyykkisesti kunnossa koko matkan ajan, mikä voi kestää satoja tai tuhansia vuosia. Tähtienvälisen avaruusaluksen täytyisi todennäköisesti toimia autonomisena avaruuspesäkkeenä, jossa mahdollisesti asuisi sukupolvia yksilöitä ja keinoja heidän selviytymiseen ja vaurauteen. Ehdotetut vaihtoehdot ovat keskeytetyt animaatiojärjestelmät tai ihmiset, jotka on geneettisesti muokattu elämään pidempään, syömään vähemmän tai kestämään tylsyyttä.
Yksi ensimmäisistä konkreettisista ehdotuksista tähtienvälisestä avaruusaluksesta tulee Project Orionilta, joka syntyi vuonna 1958 General Atomicsissa San Diegossa. Projekti, jonka useat atomitutkijat uskovat olevan käytännöllinen nykytekniikalla, sisältää massiivisella iskunvaimentimella varustetun laivan, jota kuljettavat eteenpäin aluksen takaosasta irtautuneiden lämpöydinpommien räjähdykset. Pommit höyrystäisivät osan räjäytyslevystä (jokin muovin muoto arvioitiin olevan optimaalinen), mikä toimisi ponneaineena työntövoiman aikaansaamiseksi. Useat kymmenet tiedemiehet ja insinöörit aikoivat tosissaan rakentaa Orion-avaruusaluksen 60-luvulla ja käyttää sitä aurinkokunnan ympäri retkiä 70- ja 80-luvuilla, mutta hanke hylättiin ydinaseiden poliittisen herkkyyden vuoksi.
Toinen ehdotetun tähtienvälisen avaruusaluksen kehittyneempi muoto on Bussard-ramjet. Tämä ramjet koostuisi aluksen etuosassa olevasta jättiläismäisestä kauhasta, joka on suunniteltu imemään tähtienvälistä vetyä paljolti samalla tavalla kuin suihkumoottori ottaa ilmaa. Vedyn ytimet fuusioituisivat protoni-protoni-reaktioissa, jolloin saadaan energiaa työntövoimalle. Vaikka vapaasti kelluvan vedyn määrä tähtienvälisissä tiloissa on hajanainen, paljon vetyä voitaisiin saada talteen, jos alus liikkuisi lähellä valonnopeutta, kuten sen suunnittelu vaatii. On laskettu, että tällainen alus voisi liikkua noin 16 % valon nopeudesta.
Vielä yksi ehdotettu avaruusalus on aurinkopurje. Koska jopa auringonvalo kohdistaa jonkin verran painetta pintoihin, sitä voidaan käyttää jättimäiseen aurinkopurjeeseen kiinnitetyn hyötykuorman työntämiseen. Sellaisen purjeen tulisi olla useita kilometrejä leveä, mutta ehkä vain muutaman atomin paksuinen käytetystä materiaalista riippuen. Grafeeni, erityisen vahva ja ohut hiiliatomien järjestely, saattaa olla yksi mahdollinen ehdokas. Tiukasti käärittynä vain muutaman sadan tonnin hyötykuorma saattaa riittää ottamaan käyttöön aurinkopurjeen, joka pystyy kiihdyttämään hyötykuorman huomattavaan osaan valon nopeudesta. Ainoa ongelma on hidastua, kun saavutat tähtikohteen, tehtävä, joka voidaan antaa ydinretroraketeille.
Monia muun tyyppisiä tähtienvälisiä avaruusaluksia on harkittu sekä vakavassa kontekstissa että tieteiskirjallisuudessa. Madonreikiä tai avaruuden “taivuttamista” käyttävistä avaruusaluksista puhutaan yleisesti, vaikka tällaiset mallit vaativat tyypillisesti joko valtavia määriä energiaa (suunnilleen sitä, mitä aurinko vapauttaa muutamassa minuutissa) tai negatiivisen aineen, eksoottisen muodon, käyttöä. aineesta, jota voi olla tai ei ole olemassa. Laivojen luominen, jotka käyttävät todellisia ponneaineita työntövoiman tuottamiseen, on paljon realistisempaa, vaikka niiden luominen on todennäköisesti vuosikymmenien päässä nykyteknologiamme huomioon ottaen. Kun otetaan huomioon tähtienvälisen matkan ja kolonisaation todella radikaalit seuraukset, muutama vuosikymmen tuskin tuntuu pitkältä ajalta odottaa.