在載人航天初期，航天員僅僅是載人航天器中的壹名乘員或單純的飛船駕駛員，在飛行中的主要任務是監視飛船儀表，控制和管理飛船上的各種儀器和設備。從20世紀60年代中期開始，航天員的工作任務中增加了新的內容，即艙外活動和空間交會對接。70年代以後，隨著載人空間站和航天飛機的出現，航天員又增加了科學實驗任務。航天技術不斷發展，空間實驗內容也在不斷增加，航天員既要完成對天對地觀察、地球資源勘察、特殊材料空間制備等特定任務，還要開展空間生命科學、空間材料科學、天文學、氣象學、航天科學技術等各種科學研究和實驗。如今，航天員已由載人航天器中的乘客和駕駛員，發展成為月球探險家、空間科學家、航天器工程師、軍事觀察員和太空教師等，在空間科學技術的發展中發揮著越來越重要的作用。
航天員參與航天飛行的另壹個重要作用，就是使航天器飛行得更安全，更可靠，使用壽命更長，完成任務的成功率更高。訓練有素的航天員，可以在太空中發揮人的主觀能動性、創造性、高度思維能力和應變能力，及時發現、處理和解決問題。
1）載人航天器硬件出現故障時，航天員能實施在軌檢查和維修，使其恢復正常工作。
2）載人航天器自動控制系統失靈時，航天員能用人工控制的方法使其安全返回地面。
3）航天員能獨立地接受載人航天器上各類儀表顯示的信息，對其進行判斷和決策，並作出快速反應。
4）在載人航天器與地面失去聯系時，航天員能獨立完成任務並安全返回。
5）當航天器上出現意外和緊急情況時，航天員能對形勢進行快速判斷和評價，並及時采取措施進行處理。
6）航天員的主動參與，可以簡化航天器上某些儀器設備的自動化設計。
概括起來，航天員的作用主要體現在兩個方面：壹方面，航天員可以在太空完成很多在地面無法完成的任務，包括技術應用和科學實驗研究；另壹方面，航天員能對航天器實施有效的監督、控制、操作和管理，發揮人的主觀能動性，提高航天飛行的安全性和可靠性，出色地完成飛行任務。
隨著載人航天技術的發展和人類航天活動的不斷深化，未來，航天員在載人航天中將承擔越來越多且日趨復雜的任務，在空間科學實驗和空間資源開發利用中將發揮越來越重要的作用。
航天員參與航天飛行有有利的壹面，但還應看到事物的另壹面。航天飛行中，航天特殊環境會對航天員生理和心理產生壹定的負面影響，甚至引發健康問題。面對復雜的航天器系統，航天員也可能出現監督、判斷、決策和操作上的失誤，從而影響到航天飛行任務的實施。