Devenir astronaute n'arrive pas par hasard. La formation de base dure généralement trois à quatre ans. Les agences spatiales dispensent des entraînements variés et des simulations pour maîtriser tous les aspects du vol spatial, de l'apesanteur au pilotage manuel.
À bord de la Station spatiale internationale (ISS), deux langues officielles prédominent : le russe et l'anglais. Tous les astronautes, quel que soit leur pays d'origine, doivent les parler couramment. C'est essentiel pour les missions Soyouz, dont les procédures sont en russe. Les candidats commencent souvent l'apprentissage du russe dès leur sélection.
Dans l'espace, aucun médecin ou hôpital n'est disponible. Les astronautes doivent être autonomes pour se soigner ou prodiguer les premiers secours. Certains sont désignés « médecin de mission » et apprennent à réaliser des interventions mineures, comme recoudre une plaie ou extraire une dent.
La plupart des vols Soyouz sont automatisés, y compris l'amarrage à l'ISS. Cependant, les astronautes s'entraînent intensivement sur simulateurs pour gérer toute anomalie. Cela leur permet de développer une précision absolue, car le moindre écart peut compromettre la mission.
Pas d'électriciens ou de plombiers à bord : les astronautes effectuent eux-mêmes ces tâches. Leur formation couvre la maintenance, cruciale en cas de fuite ou de court-circuit sur l'ISS. Ils réalisent aussi des réparations extravéhiculaires lors de sorties spatiales.

Un voyage spatial est une épreuve de survie extrême. Les astronautes participent à des exercices de survie terrestre, comme bivouaquer en pleine nature ou passer des jours en grotte, comme les six candidats européens de 2009. Ces simulations développent la gestion du stress, le travail en équipe et la communication en conditions hostiles.
La NASA exploite la station Aquarius, à 20 mètres sous l'eau près de la Floride, pour des missions NEEMO. Les astronautes y séjournent plusieurs jours, simulant les risques et l'apesanteur. À Cologne, une piscine géante sert aux entraînements européens.

Avec une flottabilité neutre – obtenue par des poids sur la combinaison spatiale –, les astronautes simulent l'apesanteur sous-marine et s'entraînent aux sorties extravéhiculaires.
L'apesanteur affaiblit muscles et os, comme chez les seniors ou blessés. Des études au lit mesurent ces effets et testent des contre-mesures, comme l'exercice ou la gravité artificielle.
Pour le lancement et l'atterrissage, les astronautes affrontent jusqu'à 8 G dans une centrifugeuse. Ils apprennent une respiration spéciale pour rester conscients.

Ces vols procurent 20 secondes d'apesanteur par parabole, mais provoquent souvent le mal des transports – d'où le surnom « comète vomi ».
Les missions vers Mars exigent une préparation psychologique à l'isolement. Seuls les plus résilients y parviennent.

Simulations en désert (Utah), à Hawaï ou en Pologne reproduisent les conditions extrêmes, inspirées des expéditions arctiques.
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