Das Sonnensegel ist eine vorgeschlagene Form des Weltraumantriebs, der den Druck der Photonen der Sonne nutzt, um Schub zu erzeugen. Photonen werden von einem Spiegel reflektiert, der an einer Nutzlast befestigt ist, übertragen Schwung und ermöglichen dem Segel und seiner begleitenden Nutzlast, sich zu beschleunigen. Da der photonische Druck im Vergleich zum beispielsweise von einer chemischen Rakete erzeugten Schub recht klein ist, müssen brauchbare Sonnensegel sehr groß und leicht sein. Ein von der NASA untersuchtes Design wäre ungefähr einen halben Kilometer (31 Meilen) breit. Zu den vorgeschlagenen Baumaterialien gehören Mylar- und Polyimidfolien, Aluminium und eine neue Art von Kohlefaser.
Designs mit dem höchsten Schub-zu-Masse-Verhältnis wurden von MIT-Student Eric Drexler in seiner Masterarbeit entwickelt. (Drexler ist in erster Linie als Vater des Gebiets der Nanotechnologie bekannt.) Bei Verwendung von Aluminiumfolien mit einer Dicke von etwa 30 bis 100 Nanometern würden Drexlers Designs etwa 10-mal höhere Schubwerte pro Quadratmeter bieten als die meisten vorgeschlagenen Designs, die Kunststoffe verwenden. Der Schlüssel zur Verwirklichung des Drexler-Designs wären weltraumgestützte Fertigungsanlagen. Die Folien für Solarsegel sind zu empfindlich, um gefaltet, aufgelegt und eingesetzt zu werden.
Es wurde noch kein Raumfahrzeug gebaut, das Sonnensegel als primäre Antriebsmethode verwendet, obwohl photonischer Druck verwendet wurde, um kleine Änderungen an den Kursen von Raumsonden vorzunehmen. Im Jahr 2004 setzte die japanische Luft- und Raumfahrtbehörde ISAS jedoch erfolgreich zwei Solarsegel-Prototypen in einer niedrigen Erdumlaufbahn ein. Im Jahr 2 startete ein gemeinsames privates Projekt der Planetary Society, Cosmos Studios und der Russischen Akademie der Wissenschaften Cosmos 2005, das weltweit erste Sonnensegel-Raumschiff. Aufgrund der unkonventionellen Natur des Solarsegelantriebs haben große Regierungsbehörden zögern, in ihn zu investieren, und die Entwicklung in diesem Bereich privaten Unternehmen überlassen.
Sonnensegel wären ideal für den Einsatz im Sonnensystem, wo die Sonnenstrahlen am intensivsten sind. Für Missionen außerhalb des Sonnensystems müssten planetengroße Spiegel verwendet werden, um die Lichtenergie präzise auf die Sonnensegel zu fokussieren. Obwohl dies eine gewaltige technische Aufgabe ist, könnte sich dies eines Tages als der einfachste Weg erweisen, ein Raumfahrzeug auf einen erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen. Gut konstruierte Sonnensegel können in andere Richtungen als direkt von der Sonne weg fliegen, indem das Segel in einem geeigneten Winkel geneigt wird. Um die Geschwindigkeit von Sonnensegeln zu verbessern, wurde das lackierte Sonnensegel vorgeschlagen, ein hypothetisches Segel, das mit Chemikalien beschichtet wäre, die während der gesamten Reise des Raumfahrzeugs verdampfen und dadurch zusätzlichen Schub liefern.