大気圏再突入
月軌道以遠から無人宇宙機の初の事例は、2004年9月のジェネシスであり、その後は、2006年1月のスターダスト(いずれもサンプルリターン用カプセルのみ)、2010年6月のはやぶさ(はやぶさ本体およびサンプルリターン用カプセル)がある。
月軌道も含めれば1970年 - 1976年に行なわれたルナ計画のサンプルリターン機(16・20・24号)も挙げられる。また着陸機でないものも含めると、嫦娥5号T1も月周回後に地球に帰還している。さらに、大気圏(地球の大気を参照)や再突入の定義にもよるが、はやぶさと同じ MUSESシリーズの元祖ひてんも1991年に月以遠の軌道から上空120 kmの地球大気で空力ブレーキを成功させ軌道変更に成功している。
これらはいずれも高速度で行っている点が特徴である。地球重力圏の限界や月軌道から突入した探査機で11 km/s程度、惑星軌道から帰還したはやぶさとスターダストは12 km/sを超える再突入速度を記録している。
この技術は、ロケット・弾道ミサイルの開発とともに発達した。冷戦初期において、宇宙開発競争・弾道ミサイル開発競争がアメリカ合衆国とソビエト連邦を中心に行われていた。特に、大陸間弾道ミサイルの開発において、発射から着弾に至るまでの経路で、大気圏再突入が避けて通れない問題であり、必須の技術であった。
有人宇宙船の開発でも同様で、1920年代には、すでにロバート・ゴダードが、熱遮蔽の必要性を指摘していた。1940年代にロケットエンジンが開発された頃には、音速以上の超高速で移動する物体が高温に加熱される事象が研究されており、更に高温が発生すると予想されていた。
1967年のソユーズ1号(パラシュートが開かず地面に激突、ウラジーミル・コマロフ飛行士が死亡)
1971年のソユーズ11号(気密漏れのためゲオルギー・ドブロボルスキー、ウラディスラフ・ボルコフ、ビクトール・バチャエフが窒息死)
2003年のスペースシャトルコロンビア(打ち上げ時に翼の耐熱パネルが破損したことにより大気圏再突入時に空中分解、乗組員7名全員が死亡)
その他のトラブル事例としては、耐熱パネルが外れかかったため逆推進ロケットを分離せずに突入(後にセンサーの誤報と分かった)(マーキュリー6号)、逆推進システムがカプセルから分離しないまま突入(ボストーク1号、ソユーズ5号)、逆噴射に失敗(ソユーズTM-5)、予定外の場所に着地(平原のはずが森や湖)などのトラブルがある。