太空服從基本設計上有這麼幾層：

第一道為內衣層，要求又輕、又軟、又有彈性，能傳熱、又能透氣。這裡有一條奇妙的腰帶，藏有一套複雜的微型監測系統，負責生理上（心率、體溫、呼吸）各種資料的記錄，以及太空服內部的溫度，輻射劑量的資料，作為對宇航員的動態監控。

第二道為調溫層，用的是新技術“熱管液體調溫”，在這一層排列有大量聚氯乙烯細管，管中流有一種液體，透過液體的流動可以調節太空服的溫度，效率很高。溫度有三個檔次可供選擇，由宇航員自己控制。

第三道為加壓層，是用特種橡膠製成的密封充氣層，充滿一個大氣壓強的空氣，因為在宇宙真空中必須防止低氣壓。

第四道為約束層，有兩個作用，把第三層約束成衣服外形，同時協助最外層抵禦微小隕石的襲擊。它還有極好的隔熱效能，阻止內外熱量交流。

第五道為保護層，利用特殊合成纖維製成的高強度“防彈衣”，要抵禦像槍彈一樣飛來的微小隕石的襲擊，又要能吸收宇宙射線的能量。

事實上真正的太空服還不止這幾層，像美國的太空服多達15層。這還不算宇航員揹負的揹包。這個揹包連線著太空服，構成了一個完整的生命維持系統。包括諸如溫度、溼度、氣壓、通風、迴圈、監測、過濾、供電、供氧等等自動和手動裝置。除此以外，美國的太空服還裝有飛行系統，24個噴氣嘴可以由宇航員隨時調控自己的飛行路線。還要有電子通訊系統等。

太空服不僅要用高強度的滌綸等材料，還要輔以多種金屬和膠粘劑等，這樣一件“衣服”實在是既貴且重。美國的一套太空服價值超過1億元人民幣。由於太空服都被各自的生產國當成機密，所以普通人不可能知道其生產的細節和具體材料。一個國家的太空服技術水平，往往也代表著這個國家的綜合科技水平。