最早進入太空的宇航員根本沒有馬桶可用。1961年4月12日，“太空第一人”——蘇聯人尤里·加加林乘車前往發射臺，由於路途遙遠，他在登上發射架前尿意爆發，最後只好透過宇航服的管道尿在了汽車輪胎上。一個月後，美國首位宇航員艾倫·謝潑德也倍受排洩的煩惱。1961年5月5日，他進入了太空艙，當時並沒有小便的需求。後因技術原因導致發射推遲，他被迫在艙內等待。這時，他意識到膀胱已經滿盈了，急忙請示指揮部。經過高層領導的激烈爭論，他被要求呆在原地。謝潑德後來回憶說：“穿的棉質內衣立刻就溼透了，但在發射時已經完全乾了。”
50多年前，NASA的阿波羅計劃將人類的太空探索帶入了一個新高度，相繼進行了多次開創性的飛行併成功載人登月。然而，搭乘“阿波羅號”上天的宇航員們卻沒有廁所可用。他們只能把尿液排入一條像橡皮管一樣的器皿中，然後再將尿液儲存在袋子裡，並帶回地球上進行檢測。但如果要上“大號”就更窘迫了，宇航員們不得不使用邊緣上有粘環的塑膠袋，附著在自己身後。為了防止氣味和細菌的擴散，袋口採用了可貼上設計，保證了與外界完全隔絕。NASA的第一個空間站——天空實驗室（Skylab）的投入執行，標誌著太空馬桶第一次被安裝到NASA航天器中。該太空馬桶由壁上的一個孔組成，該孔可吸入尿液和糞便，並將其儲存在袋中以進行分析。
後來，NASA的太空如廁設施有了一定發展，太空梭上的太空馬桶也被稱為“廢物收集系統”。該系統使用旋轉扇葉將固體廢物分散在容器中，再將容器暴露在真空環境中使其乾燥。而液體廢棄物則被排放到太空中。NASA的月球廁所挑戰專案經理邁克·英特爾巴特羅曾表示，過去的太空馬桶設計實在太亂了，不能有效控制氣味，這讓宇航員們都很厭惡。而且，如果沒有搭檔的幫助，那麼就很難保證如廁時的密封性。
目前，國際空間站上有2個俄羅斯生產的太空馬桶可供使用，大小和一個小衣櫃差不多。其中，一個位於俄羅斯艙段的“星辰號”服務艙，另一個則位於美國艙段的“寧靜號”節點艙。馬桶的風扇抽吸系統與吸塵器相似，固體廢物會被儲存在鋁容器的袋子中，而液體廢物則會被儲存於20升的容器中。相較於在阿波羅登月之旅中使用的尿不溼和尿液袋，空間站上的太空馬桶要舒適很多，但是仍然會帶來許多尷尬。例如，常會被宇航員吐槽如廁時味道重，使用不便等。
空間站的面積相當於一個足球場，衛生間只有一道簾子與其他區域隔開，宇航員沒有太多的個人空間和隱私。而頻頻發生的故障，讓如廁問題成為他們太空生活中最為尷尬的困擾之一。2009年7月19日，空間站主廁所發生故障，導致空間站和美國“奮進號”太空梭上共計13名宇航員面臨如廁難的窘境，被迫使用一個形似口袋並與廁所排汙管道相連的後備集汙裝置解決問題。2019年11月27日，空間站廁所再次出現故障，造成宇航員無可用廁所，只能使用“太空尿布”。
面向公眾集思廣益
2020年6月25日，NASA聯合HeroX平臺對外公佈了一項名為“月球廁所挑戰”的比賽，設定3.5萬美元獎金徵集一款能在月球上使用的廁所，其中最高獎金為2萬美元，第二名和第三名將分別獲得1萬美元和5000美元。NASA面向所有人甚至未成年人（18歲以下團隊另設一個初級類別）徵集創意。“月球廁所”將作為NASA“阿爾忒彌斯登月計劃”的一部分，該計劃旨在讓美國在2024年之前重返月球，屆時將送第13位男性和首位女性宇航員登陸月球，這也將是人類歷史上第一位登上月球的女性宇航員。此外，NASA還計劃在月球上建立一個永久性居住地。
根據NASA釋出的設計指南，“月球廁所”設計必須滿足多項要求：需要同時在微重力和月球重力環境下正常運作，其中微重力通常被稱為“零重力”，近乎失重狀態，而月球重力相當於地球重力的1/6。廁所的重量必須在地球重力下小於15千克，體積小於0.12立方米，能夠相容男性和女性使用。使用者的身高通常在1.47～1.96米，體重為48.5～131.5千克。廁所應收納2名宇航員14天的排洩量，每次足夠容納1升尿液，每次排便可容納500克糞便，允許將收集到的廢物轉移到儲存處或在飛船外處理。
NASA強調，月球廁所應易於清潔和維護，2次使用的間隔時間不應超過5分鐘。廁所使用功率應低於70瓦，執行時的噪音不得超過60分貝（比普通的浴室風扇發出的噪音更小）。月球上的資源有限，要實現節水且能夠完成水的迴圈再利用。保持著陸器內部的原始環境，沒有異味和其他汙染物。廁所還需確保在馬桶出現故障時不會將糞便或尿液飄散到整個機艙中，造成汙染。如果宇航員不必將頭伸進馬桶就能處理嘔吐物，那麼這樣的設計將得到加分。
NASA並不缺乏設計太空廁所的經驗，他們目前正致力於研究如何對現有的太空馬桶的設計進行更新。然而，太空專家們還是希望公眾能夠提供全新的、不同的方法來滿足人類在其他星球如廁的需求，而這將為創新的月球系統鋪平道路。邁克·英特爾巴特羅說：“我們認識到，從免抽水馬桶到無水馬桶再到排洩物管理等有很多創新，期望能透過這次‘月球廁所挑戰比賽學習到更多先進的想法和經驗，從而擴充我們的知識庫，找到可能存在的未知因素。”