Le voyage interstellaire est un vol spatial entre deux systèmes planétaires. Contrairement au vol interplanétaire, qui s'effectue entre deux planètes d'un système planétaire depuis les années 1960, le voyage interstellaire reste un thème de science-fiction, l'ordre de grandeur des distances à parcourir étant dix mille fois plus important. Avec les technologies disponibles en 2023, qui reposent sur des systèmes de propulsion chimique, il faut environ 100 000 ans pour qu'un engin puisse parvenir à proximité de l'étoile la plus proche.
Si on écarte la solution très théorique du vaisseau générationnel, qui permettrait de s'affranchir de la contrainte de la durée du transit, le voyage interstellaire nécessite la mise au point de systèmes de propulsion permettant d'approcher la vitesse maximale de notre Univers, soit 300 000 km/s, alors que les modes de propulsion actuels ne permettent d'atteindre qu'une vitesse de transit entre les étoiles de 20 km/s. Le recours à la fission nucléaire ou l'utilisation de voiles solaires, encore expérimentales, permettront peut-être d'atteindre des vitesses plus élevées, mais celles-ci resteront insuffisantes pour atteindre les étoiles dans un délai compatible avec la durée de la vie humaine. De nombreuses études ont été réalisées sur des modes de propulsion plus performants mais encore très théoriques comme la fusion nucléaire, la propulsion nucléaire pulsée ou le recours à un collecteur Bussard.
Pour peu qu'on ne soit pas pressé par le temps et que l'on dispose de moyens financiers suffisants à consacrer à l'élaboration d'un vaisseau adapté, une mission robotique vers les étoiles semble possible, même si elle représente un défi technique et économique considérable qui a peu de chances d'être relevé avant plusieurs siècles. Au XXIe siècle, aucune agence spatiale n'a de projet d'exploration interstellaire. La NASA a effectué plusieurs études de missions robotiques ayant pour objectif l'analyse scientifique du milieu interstellaire situé à moins de 1 000 unités astronomiques du Soleil.