Navele spațiale interstelare, sau navele spațiale capabile să facă călătorii între sistemele solare, ar trebui să fie considerabil mai avansate decât nava interplanetară pe care omenirea a construit-o deja. În timp ce distanța dintre planete din acest sistem solar poate fi măsurată în minute sau ore lumină, distanțele dintre sistemele stelare sunt de obicei de zeci de ani lumină. Deoarece sistemele solare sunt atât de mici în raport cu întinderile vaste de spațiu gol în care sunt încorporate, sisteme de navigație și propulsie de înaltă precizie vor fi necesare pentru ca o navă spațială interstelară să-și atingă ținta cu succes.
Un avantaj al călătoriei interstelare este aproape vidul din spațiu; odată ce un obiect se mișcă, există puțină rezistență pentru a-l încetini. Cu toate acestea, cu tehnologia contemporană a rachetelor chimice, accelerarea oricărui obiect la o viteză mai mare de multe miimi din viteza luminii ar fi extrem de dificilă. Pentru a realiza o navă spațială interstelară, s-a recunoscut că rachetele chimice cu combustibil solid vor fi insuficiente și că trebuie concepute noi metode de propulsie.
Celălalt obstacol tehnic major în crearea unei nave spațiale interstelare este asigurarea faptului că ocupanții acesteia rămân confortabili și în formă psihologică pe tot parcursul călătoriei, care ar putea dura sute sau mii de ani. O navă spațială interstelară ar trebui probabil să servească drept o colonie spațială autonomă, poate găzduind generații de indivizi și mijloacele pentru supraviețuirea și prosperitatea lor. Alternativele propuse includ sisteme de animație suspendate sau oameni modificați genetic să trăiască mai mult, să mănânce mai puțin sau să fie rezistenți la plictiseală.
Una dintre primele propuneri concrete pentru o navă spațială interstelară vine de la Proiectul Orion, care s-a născut în 1958 la General Atomics din San Diego. Proiectul, considerat de mai mulți oameni de știință în atomism a fi practic cu tehnologia actuală, presupune o navă echipată cu un amortizor masiv, propulsată înainte de exploziile bombelor termonucleare aruncate în spatele navei. Bombele ar vaporiza o parte a plăcii de explozie (o anumită formă de plastic a fost considerată a fi optimă), care ar servi drept propulsor pentru a oferi forță. Mulți zeci de oameni de știință și ingineri au fost serioși să construiască o navă spațială Orion în anii 60 și să o folosească pentru a face călătorii în jurul sistemului solar în anii 70 și 80, dar proiectul a fost abandonat din cauza sensibilității politice a armelor nucleare.
O altă formă, mai avansată, de navă spațială interstelară propusă este ramjetul Bussard. Acest ramjet ar consta dintr-o cupă uriașă în partea din față a ambarcațiunii, concepută pentru a absorbi hidrogenul interstelar mult în modul în care un motor cu reacție primește aer. Nucleele hidrogenului ar fi fuzionate în reacții proton-proton, furnizând energie pentru împingere. Deși cantitatea de hidrogen care plutește liber în spațiile interstelare este difuză, mult hidrogen ar putea fi recoltat dacă ambarcațiunea s-ar deplasa cu viteza luminii, așa cum o cere proiectarea. S-a calculat că o astfel de navă s-ar putea mișca cu aproximativ 16% din viteza luminii.
O altă navă spațială propusă este vela solară. Deoarece chiar și lumina soarelui exercită o oarecare presiune asupra suprafețelor, aceasta ar putea fi folosită pentru a împinge o sarcină utilă atașată la o velă solară gigantică. O astfel de velă ar trebui să aibă mulți kilometri lățime, dar poate doar câțiva atomi grosime, în funcție de materialul folosit. Grafenul, un aranjament deosebit de puternic și subțire de atomi de carbon, ar putea fi un potențial candidat. Înfășurată strâns, o sarcină utilă constând din doar câteva sute de tone ar putea fi suficientă pentru a desfășura o velă solară capabilă să accelereze o sarcină utilă la o fracțiune substanțială din viteza luminii. Singura problemă este încetinirea ritmului odată ce atingeți sistemul dvs. stelar țintă, o sarcină care ar putea fi atribuită retro-rachetelor nucleare.
Au fost luate în considerare multe alte tipuri de nave spațiale interstelare, atât într-un context serios, cât și în science fiction. Navele spațiale care folosesc găuri de vierme sau „îndoirea” spațiu-timpului sunt discutate în mod popular, deși astfel de modele necesită de obicei fie cantități uimitoare de energie (aproximativ de ordinul a ceea ce eliberează soarele în câteva minute), fie utilizarea materiei negative, o formă exotică. de materie care poate sau nu să existe efectiv. Crearea de nave care folosesc propulsori reali pentru a oferi tracțiune este mult mai realistă, deși crearea lor este probabil la câteva decenii, având în vedere tehnologia noastră actuală. Având în vedere consecințele cu adevărat radicale ale călătoriilor interstelare și ale colonizării, câteva decenii nu pare mult timp de așteptat.