Poiché le stelle sono così distanti, i mezzi proposti per il viaggio interstellare comportano viaggi molto lunghi o mezzi molto rapidi per arrivarci. Ci concentreremo sui mezzi veloci, perché a nessuno piace aspettare molto tempo per arrivare a destinazione.
Ci sono quattro possibili mezzi di viaggio interstellare che vengono presi sul serio. Sono propulsione nucleare a impulsi, uno dei primi razzi a fusione proposti, vele leggere azionate da laser e propulsione a base di antimateria. Di questi, la propulsione ad antimateria e le vele leggere sembrano le più promettenti in quanto sono le più veloci. Le vele di antimateria o leggere potrebbero raggiungere velocità simili a quella della luce, sfruttando l’effetto relativistico della dilatazione del tempo, che potrebbe far sembrare il viaggio interstellare ad Alpha Centauri, distante quattro anni luce, meno di un anno.
I restanti metodi di viaggio interstellare, propulsione nucleare a impulsi e razzi a fusione, sono limitati a velocità di circa il 10% di quella della luce al massimo, il che li rende meno interessanti. Tuttavia, la propulsione nucleare a impulsi è interessante perché è stata alla nostra portata dal 1945. Se un programma spaziale nucleare aggressivo fosse stato perseguito negli anni ‘1950 e ‘1960, probabilmente l’umanità avrebbe potuto inviare spedizioni con equipaggio al sistema solare esterno negli anni ‘1970. Tuttavia, le esplosioni nucleari sono vietate dall’attuale diritto internazionale e il Trattato sullo spazio extraatmosferico vieta il dispiegamento di armi nucleari nello spazio.
Uno dei maggiori requisiti per il viaggio interstellare è essere in grado di rallentare una volta raggiunto il sistema stellare di destinazione. A velocità prossime a quella della luce, il processo di frenata deve iniziare circa a metà del viaggio. Uno dei metodi più discussi di viaggio interstellare – vele leggere accelerate da enormi laser spaziali – dovrebbe impacchettare alcune bombe nucleari, un reattore a fusione o antimateria, per assicurarsi che abbiano un mezzo per rallentare una volta raggiunta la loro destinazione . Per le sonde, i passaggi ravvicinati possono essere sufficienti, ma per seri sforzi di colonizzazione, la capacità di frenare è un must.
Una delle idee morte ma famose per le astronavi interstellari è il ramjet Bussard, che aspirerebbe e poi brucerebbe l’idrogeno interstellare con un gigantesco scoop, permettendogli di andare in giro portando il proprio carburante. Tuttavia, calcoli successivi hanno scoperto che lo scoop non sarebbe pratico: la resistenza su di esso supererebbe la sua spinta.