איכות הסביבה היא אחד הנושאים "הבוערים" ביותר בעשורים האחרונים. דובר רבות על ההידרדרות באיכות הסביבה ועל הפגיעה שהאדם גורם לסביבה בדרכים שונות. מעבר לציון "יום כדור הארץ" פעם בשנה, יש הרבה הצעות לתיקון ולמניעה של נזקים, והרבה אנשים וארגונים שמנסים לקדם את הנושא. כמו בתחומים רבים – גם כאן החלל משחק תפקיד משמעותי.
פרויקט קופרניקוס, של סוכנות החלל האירופית, לדוגמה, מבקש לרתום את השימוש בלוויינים לטובת מאמצי שמירה על הסביבה. במסגרת הפרויקט, שנמצא בשלבי מימוש מתקדמים, עשרות לוויינים יספקו מגוון של נתונים שיאפשרו מעקב אחרי מצב הסביבה, למשל – זיהום האוויר והים, שינויי אקלים, אסונות טבע ועוד. ניתוח של הנתונים האלה יכול לעזור בכמה דרכים. בעזרתו אפשר לחזות אסונות טבע ולהתריע מפניהם, או לקבל התרעה על אסונות מעשי ידי אדם, כמו דליפת נפט באוקיאנוס, ולהיערך בהתאם. חוץ מזה, כשיש בידינו נתונים מדויקים ועדכניים על מצב הסביבה, אפשר לבנות תכנית יעילה וארוכת טווח להתמודדות עם הפגיעה בסביבה. אפשר ללמוד מכך, למשל, על תהליכים כמו מִדְבּוּר או התגברות זיהום אוויר באזורים מסוימים, לזהות את הגורמים להם ולנסות לתקן את המצב.
לאורך השנים הניב חקר החלל תועלת גדולה לניסיונות השמירה על הסביבה, בדרכים עקיפות וישירות. הרבה פעמים בתחום חקר החלל חוקרים מנסים למצוא פתרונות לאתגרים מסוימים, וכתוצאה מכך נולדות המצאות שונות ומשונות שתורמות לאנושות (ראו "המצאות מהחלל"). כך נכנסו לחיינו כל מיני שכלולים, כמו חומרי בידוד יעילים לבתים. ההמצאות האלה הן דוגמה מצוינת לחיסכון משמעותי באנרגיה – בידוד טוב מאפשר פחות שימוש בחשמל לצורך חימום או קירור. דוד שמש חוסך שימוש בדוד חשמלי, והוא יעיל במיוחד במדינה חמה כמו ישראל. גם חקלאות מדויקת, שמתאפשרת באמצעות לוויינים, תורמת לסביבה. היא מאפשרת חיסכון במים ושימוש מצומצם ויעיל יותר ובחומרי הדברה, המזיקים לקרקע.
בשנים האחרונות מושקעים מאמצים רבים בתחום חקר החלל במציאת דרכים חדשות להפקת אנרגיה "נקייה". הכוונה להפקת אנרגיה ממקורות בלתי מתכלים, למשל באמצעות אנרגיית השמש או הרוח, ובתהליך בלתי מזהם. דרכים כאלה ישמשו גם להנעת כלי רכב למסעות בחלל, וגם להפקת אנרגיה על פני כדור הארץ. זה יעיל וחסכוני יותר – וידידותי יותר לסביבה. חקר החלל סייע רבות בשכלול האפשרות להפיק חשמל ביעילות מאנרגיית השמש. החוקרים מחפשים דרכים נוספות להפקת אנרגיה – באמצעות הרוח וממקורות ביולוגיים, כמו אצות!