Przestrzeń kosmiczna – przestrzeń poza obszarem ciał niebieskich. Za granicę pomiędzy ziemską atmosferą a przestrzenią kosmiczną przyjmuje się umownie wysokość 100 km nad powierzchnią Ziemi, gdzie przebiega umowna linia Kármána. Ściśle wytyczonej granicy między przestrzenią powietrzną a przestrzenią kosmiczną nie ma. Fizycy przyjmują 80–100 km.
Charakteryzuje się występowaniem wysokiej próżni, co uniemożliwia rozchodzenie się w niej fal dźwiękowych, a także bardzo utrudnia wymianę cieplną (przekazywanie ciepła może odbywać się jedynie na drodze promieniowania). Przestrzeń kosmiczną przenika ze wszystkich stron promieniowanie kosmiczne, w tym niebezpieczne dla życia promieniowanie jonizujące – fale elektromagnetyczne w zakresie promieniowania rentgenowskiego i promieniowania gamma oraz wysokoenergetyczne naładowane cząstki. W przestrzeni kosmicznej, w okolicach orbity Ziemi, ciała wystawione na bezpośrednie działanie promieni słonecznych rozgrzewają się do temperatury przekraczającej 100 °C, natomiast pozostające w cieniu oziębiają się nawet poniżej –180 °C.
W naszym najbliższym otoczeniu przestrzeń kosmiczna to heliosfera, wypełniona przez wiatr słoneczny, która na granicy Układu Słonecznego, po przekroczeniu heliopauzy przechodzi w ośrodek międzygwiazdowy, a dalej w ośrodek międzygalaktyczny.
