太空垃圾也被称轨道碎片，是围绕地球轨道运行的无用人造物体，既包括已经“寿终正寝”，但仍在空间轨道兜圈子的各类卫星、被遗弃的运载火箭推进器残骸等，也有航天器意外爆炸或者碰撞形成的碎片，还有一些螺丝和垫圈之类的零部件。此外，宇航员在太空作业时“随地乱扔”的垃圾或者失手遗落物品也会成为太空垃圾的来源。例如，1965年美国首次进行太空行走，宇航员爱德华·怀特在舱外活动时不小心掉了一只工作手套，这只时速约2.7万公里、带有巨大杀伤力的手套至今仍在太空中飘荡。
据不完全统计，太空中现有直径大于10厘米的碎片9000多个，大于1.2厘米的数十万个，体积更小更难以观察的颗粒更是数以百万计。2011年上半年，NASA的科学家还警告说太空垃圾的“临界引爆点”正在来临，并宣称即使不再发射航天器，到2055年，由碰撞所产生的新碎片数量也将超过落回地球和燃烧掉的碎片总数。
太空垃圾的确切数字一直在波动，这是因为一些碎片在重新进入轨道时会进行燃烧，并且产生新的碎片进入轨道。几乎所有的航天国家都为太空垃圾作出了“贡献”，当然美国在这里面有最大的“股份”——大约占到了其中的30%。前苏联和中国也曾产生了大量的太空垃圾。
国际空间站近年来也频遭太空垃圾“偷袭”。2009年3月12日，由于一块直径约12.7厘米的太空垃圾接近国际空间站并可能对其构成威胁，空间站内的3名宇航员曾紧急疏散到与空间站对接的“联盟”载人飞船上避风头。在随后的3月17日，美国“发现”号航天飞机与国际空间站对接时，一块卫星碎片也在接近空间站，但该碎片没有对空间站构成威胁，而是保持着安全距离“擦身而过”。然而，仅仅一周之后的3月23日，“发现”号宇航员计划完成返航前最后一次太空作业时，却再次面临太空垃圾挑战。为防止与这块约10厘米碎片“亲密接触”，国际空间站与“发现”号不得不调整位置，减速行驶大约3小时。连番遭遇垃圾“骚扰”，令宇航员阿里巴鲁霍无奈地感叹，躲避这些垃圾是项大任务，非常累人，有时把人折腾得精疲力竭。
通过加速发展太空监视系统，对太空垃圾进行严密跟踪，及时发布预警，使航天器采取有效的技术手段避开太空垃圾。美国和俄罗斯各自都有先进的追踪系统，欧洲航天局也在对所有在近地轨道上运行的太空垃圾进行编目，以便更好地掌握它们的动向。
预测哪些碎片将与运行中的航天器发生碰撞需要精准地建模。休斯敦NASA下属约翰逊空间中心曾于1979年成立了一个办公室，用来解决这一问题。从1990年开始，研究人员一直在使用一部陆基X波段雷达更准确地跟踪太空垃圾的运动。但是NRC的评估小组担心，一些小的微粒并没有得到充分地跟踪，并且这些运动的复杂性也没有被完全搞清。
有科学家建议借助“终结绳索”让卫星自毁。在卫星正常运行期间，把一根长度为5000米的细导线绕成一个线圈，放置在卫星内部。当接到地面指挥中心下达的卫星报废指令时，这根“终结绳索”便会自动打开，产生巨大电流，形成电离层。电离层与地球磁场相互作用，使地球磁场形成向下的拉力。这种拉力会让卫星降低轨道，只需几个星期或几个月便可坠入大气层自行燃烧。该计划获得了美国宇航局和五角大楼的资金支持，目前已成功进行了数次失重条件下的试验。
据英国《新科学家》杂志网络版报道，由英国萨里大学萨里空间中心的科学家设计并研发，一个被称为“立方帆”的纳米级卫星具备着“自杀式袭击”的功能。它重约3公斤，大小约为30厘米×10厘米，借助太阳能的太阳帆作为动力推进系统，一旦帆上的摄像头侦察到太空垃圾，便依附在垃圾上，使其速度降低，最后进入大气层，与太空垃圾同归于尽。
