航天器在大氣層外宇宙空間的運動速度，或稱航天器飛行速度、航天器軌道速度等。航天飛行速度與航天器的飛行軌道、所在天體有關。
在討論航天器相對于一個天體運動時，如果把天體視為質量集中的一個質點，則該天體形成的引力為中心力場，其質心為引力中心，此時航天飛行速度可由能量守恒定律確定，即：
式中，為航天飛行速度，為天體的引力常數，它等于萬有引力常數與天體質量的乘積， 為航天器到天體引力中心的距離，為軌道常數。當時，航天器的飛行軌道為橢圓軌道，當時，航天器的飛行軌道為拋物線軌道，當時，航天器的飛行軌道為雙曲線軌道。
圓軌道是橢圓軌道的特例，圓軌道的軌道速度稱為該天體的環繞速度，其計算公式為：
拋物線軌道的軌道速度稱為該天體的逃逸速度，計算公式為：
從上面公式可看出， 逃逸速度是環繞速度的倍。
環繞速度和逃逸速度與天體的引力常數和航天器與天體質心的距離有關。對于太陽系內主要天體，航天器在天體表面的環繞速度和逃逸速度列出如下：
天體 環繞速度 逃逸速度
(km/s) (km/s)
地球 7.9 11.2
火星 3.5 5.1
金星 7.3 10.3
土星 25.2 35.5
月球 1.68 2.37
航天器在地球表面的環繞速度和逃逸速度(不考慮大氣影響)，分別稱為第一宇宙速度（7.9 km/s）和第二宇宙速度（11.2 km/s）。
航天器從地球表面起飛(不考慮大氣影響)，飛出太陽系所需要的速度稱為第三宇宙速度。
第三宇宙速度(16.6 km/s)是指在地球表面脫離太陽引力場所需要的最小速度，一般由下面公式計算：
式中，為第二宇宙速度，為假定沒有地球引力作用條件下，在地球表面脫離太陽引力所需要的最小速度，為地球的公轉速度。
航天器在地球引力范圍內飛行，其飛行速度一般大于等于環繞速度，小于逃逸速度。月球在地球引力范圍內，因此飛向月球不需要大于逃逸速度。
相對于地球的環繞速度、逃逸速度和脫離太陽引力速度都隨高度增加而減小：
離地球表面高度 環繞速度 逃逸速度 脫離太陽引力速度
(km) (km/s) (km/s) (km/s)
0 7.9 11.2 16.6
200 7.8 11.0 16.5
500 7.6 10.8 16.4
1000 7.4 10.4 16.1
5000 5.9 8.4 14.9
20000 3.9 5.5 13.5
35786 3.1 4.3 13.1
一般，載人飛船的軌道高度在200km－500km之間，資源衛星和對地觀察衛星的軌道高度在1000km以下，全球定位衛星的軌道高度在20000km左右，35786km是地球同步衛星的軌道高度。
返回式衛星、載人飛船在完成任務后要返回地面，這時需要進行離軌制動，以降低飛行速度和方向，使之進入返回軌道，最終降落到地面。為降低再入返回時的氣動加熱，在再入返回過程中需要進行速度控制。
亞軌道飛行器，是低于地球環繞速度飛行的一種飛行器，可實現遠程或洲際飛行，飛行速度與飛行距離有關。美國的CAV（Common Aero Vehicle）是用于軍事目的的一種亞軌道飛行器，它由運載火箭發射，分離后速度可達6km/s－7km/s，在100km~30km左右的高度進行無動力滑翔飛行，臨近地面目標時，速度可保持在1km/s－2km/s左右。