Vela solară este o formă propusă de propulsie spațială care utilizează presiunea de la fotonii soarelui pentru a furniza forță. Fotonii se reflectă dintr-o oglindă atașată la o sarcină utilă, transmițând impuls și permițând pânzei și încărcăturii sale utile să accelereze. Deoarece presiunea fotonică este destul de mică în comparație cu, de exemplu, forța produsă de o rachetă chimică, pânzele solare viabile trebuie să fie foarte mari și ușoare. Un design studiat de NASA ar avea o lățime de aproximativ jumătate de kilometru (31 mile). Materialele de construcție propuse includ folii de mylar și poliimidă, aluminiu și un nou tip de fibră de carbon.
Proiectele care produc cel mai mare raport tracțiune-masă au fost dezvoltate de studentul MIT Eric Drexler în teza sa de master. (Drexler este cunoscut în primul rând ca părintele domeniului nanotehnologiei.) Folosind folii de aluminiu cu o grosime de aproximativ 30-100 de nanometri, modelele Drexler ar oferi valori de forță pe metru pătrat de aproximativ 10 ori mai mari decât majoritatea modelelor propuse, care folosesc materiale plastice. Cheia realizării designului lui Drexler ar fi instalațiile de producție din spațiu. Filmele pentru pânze solare sunt prea delicate pentru a fi pliate, lansate și desfășurate.
Nicio navă spațială nu a fost încă construită care să folosească pânze solare ca metodă principală de propulsie, deși presiunea fotonică a fost folosită pentru a face mici modificări ale cursurilor sondelor spațiale. Cu toate acestea, în 2004, agenția aerospațială a Japoniei, ISAS, a desfășurat cu succes 2 prototipuri de vele solare pe orbita terestră joasă. În 2005, un proiect privat comun între Planetary Society, Cosmos Studios și Academia Rusă de Științe, a lansat Cosmos 1, prima navă spațială solară din lume. Din cauza naturii neconvenționale a propulsiei cu vele solare, marile agenții guvernamentale au fost reticente să investească în aceasta, lăsând dezvoltarea în domeniu în seama entităților private.
Pânzele solare ar fi ideale pentru utilizare în sistemul solar, unde razele soarelui sunt cele mai intense. Pentru misiunile în afara sistemului solar, ar trebui folosite oglinzi de dimensiunea planetei pentru a focaliza energia luminoasă cu precizie pe pânzele solare. Deși este o sarcină de inginerie masivă, aceasta s-ar putea dovedi într-o zi a fi cea mai ușoară modalitate de a accelera o navă spațială până la o fracțiune substanțială din viteza luminii. Pânzele solare bine proiectate ar putea călători în direcții în afară de direct departe de soare, prin înclinarea pânzei la un unghi adecvat. Pentru a îmbunătăți viteza pânzelor solare, a fost propusă pânza solară pictată, o velă ipotetică care ar fi acoperită cu substanțe chimice concepute să se vaporizeze pe tot parcursul călătoriei navei spațiale, oferind astfel o forță suplimentară.