Medzvezdno vesoljsko plovilo ali vesoljsko plovilo, ki lahko potuje med sončnimi sistemi, bi moralo biti bistveno naprednejše od medplanetarnega plovila, ki ga je človeštvo že zgradilo. Medtem ko je razdaljo med planeti v tem sončnem sistemu mogoče izmeriti v svetlobnih minutah ali svetlobnih urah, so razdalje med zvezdnimi sistemi običajno desetine svetlobnih let. Ker so sončni sistemi tako majhni glede na ogromne prostore praznega prostora, v katerih so vgrajeni, bodo za medzvezdno vesoljsko plovilo, da uspešno doseže svoj cilj, potrebni visoko natančni navigacijski in pogonski sistemi.
Ena od prednosti medzvezdnega potovanja je skoraj vakuum v vesolju; ko se predmet premika, je malo upora, da bi ga upočasnili. Vendar bi bilo s sodobno kemično raketno tehnologijo pospeševanje katerega koli predmeta do hitrosti nad več tisočinki svetlobne hitrosti izjemno težko. Za izdelavo medzvezdnega vesoljskega plovila je bilo priznano, da kemične rakete na trda goriva ne bodo zadostne in da je treba oblikovati nove metode pogona.
Druga velika tehnična ovira pri ustvarjanju medzvezdnega vesoljskega plovila je zagotoviti, da se njegovi potniki ves čas potovanja, ki lahko traja več sto ali tisoč let, ostanejo udobni in psihično sposobni. Medzvezdno vesoljsko plovilo bi verjetno moralo služiti kot avtonomna vesoljska kolonija, v kateri bi morda bile generacije posameznikov in sredstva za njihovo preživetje in blaginjo. Predlagane alternative vključujejo viseče animacijske sisteme ali ljudi, ki so gensko spremenjeni, da živijo dlje, manj jedo ali so odporni na dolgčas.
Eden prvih konkretnih predlogov za medzvezdno vesoljsko plovilo prihaja iz projekta Orion, ki se je rodil leta 1958 v General Atomicsu v San Diegu. Projekt, za katerega je več atomskih znanstvenikov menilo, da je praktičen z današnjo tehnologijo, vključuje ladjo, opremljeno z masivnim blažilnikom, ki jo poganjajo naprej eksplozije termonuklearnih bomb, ki so bile vržene iz zadnjega dela plovila. Bombe bi uparile del plošče za eksplozijo (nekaka oblika plastike je bila ocenjena kot optimalna), kar bi služilo kot pogonsko gorivo za zagotavljanje potiska. Številne desetine znanstvenikov in inženirjev so v 60. letih resno nameravali zgraditi vesoljsko plovilo Orion in ga v 70. in 80. letih uporabljati za potovanja po sončnem sistemu, vendar je bil projekt ustavljen zaradi politične občutljivosti jedrskega orožja.
Druga, naprednejša oblika predlaganega medzvezdnega vesoljskega plovila je ramjet Bussard. Ta ramjet bi bil sestavljen iz velikanske zajemalke na sprednji strani plovila, zasnovane tako, da vsrka medzvezdni vodik v veliki meri kot reaktivni motor dovaja zrak. Vodikova jedra bi se združila v protonsko-protonskih reakcijah, kar bi zagotovilo energijo za potisk. Čeprav je količina prosto lebdečega vodika v medzvezdnih prostorih razpršena, bi lahko veliko vodika pobrali, če bi se plovilo premikalo s svetlobno hitrostjo, kot zahteva njegova zasnova. Izračunali so, da bi se taka ladja lahko premikala s približno 16 % svetlobne hitrosti.
Še eno predlagano vesoljsko plovilo je sončno jadro. Ker celo sončna svetloba izvaja določen pritisk na površine, bi jo lahko uporabili za potiskanje tovora, pritrjenega na velikansko sončno jadro. Takšno jadro bi moralo biti široko veliko kilometrov, a morda le nekaj atomov debelo, odvisno od uporabljenega materiala. Grafen, posebej močna in tanka razporeditev ogljikovih atomov, bi lahko bil eden od potencialnih kandidatov. Če je tesno zvit, bi tovor, ki ga sestavlja le nekaj sto ton, lahko zadostoval za razmestitev sončnega jadra, ki bi lahko pospešilo tovor na precejšen del svetlobne hitrosti. Edina težava je upočasnitev, ko dosežete ciljni zvezdni sistem, naloga, ki bi jo lahko dodelili jedrskim retro-raketam.
Številne druge vrste medzvezdnih vesoljskih plovil so bile obravnavane tako v resnem kontekstu kot v znanstveni fantastiki. O vesoljskih plovilih, ki uporabljajo črvinske luknje ali “upogibanje” prostor-časa, se pogosto razpravlja, čeprav takšne zasnove običajno zahtevajo izjemne količine energije (približno toliko, kolikor sonce sprosti v nekaj minutah) ali uporabo negativne snovi, eksotične oblike. snovi, ki lahko dejansko obstaja ali pa tudi ne. Ustvarjanje ladij, ki uporabljajo dejanska pogonska sredstva za zagotavljanje potiska, je veliko bolj realistično, čeprav je njihovo ustvarjanje verjetno oddaljeno desetletja, glede na našo trenutno tehnologijo. Glede na resnično radikalne posledice medzvezdnega potovanja in kolonizacije se zdi, da nekaj desetletij komaj čaka dolgo.