美国航天飞机宇航员的特殊飞行训练也是在飞行模拟器和高性能飞机上进行的。航天飞机的飞行模拟训练器是在以往载人航天模拟器基础上发展起来的，主要的航天飞机模拟器外形好像一个大木箱，安装在一组液压起重台上，可做6个自由度的运动。飞行模拟器可以模拟航天飞机飞行中各个飞行阶段的动作，甚至可以模拟航天飞机垂直起飞状态。和其它飞行模拟器一样，在内部安装有各种显示装置、观察活动屏幕和观察舷窗。在训练中可使受训宇航员真的像坐在航天飞机内一样，反复训练有关程序和动作。另一个训练模拟器由静态的全尺寸飞行控制平台和载人舱体组成。受训宇航员可在训练器上进行出舱活动，如出入舱门、舱外作业、物品存贮、废物处理、设备维修、穿脱航天服装等技巧训练。为了模拟真实，把模拟训练器放在大水池中，宇航员在浮力(即类似失重状态)下进行各种训练活动。此外还有遥控机械手系统模拟训练器，它由航天飞机的后舱驾驶室和有效载荷舱的模拟装置组成，安装有实际操纵的机械手，在这个训练器上训练飞行专家宇航员在太空轨道上施放和回收卫星的作业，还要掌握货舱中摄像机操作技巧。在训练中，需多次驾驶高性能喷气机训练，因为虽然在模拟训练器的全程飞行训练中，多次练习起飞、返回、水平着陆动作，但不如在高性能喷气机上真正驾驶它着陆更有真实感。承担航天飞机驾驶员职务的宇航员更要多次进行这方面的训练。
科学实验及其实验数据收集的训练：虽然这是载荷专家的主要任务，但对全机的航天人员来说，也要熟悉与掌握这类情况。训练中要与地面控制与指挥中心的工作人员联合行动，以便取得更佳的训练效果。整个训练一般要用3～4年时间，即使是宇航员老手也不例外。如美国的航天英雄约翰·杨，他开始接受航天飞机的全面训练是在1978年1月，尽管他已是4次进入队太空(其中有1次绕月球飞行和1次登月，并在月球上作业71小时)的航天老手了，仍要接受体力、智力、飞行生理和基础理论等常规训练和飞行特殊任务训练。杨说自己“每周有2S小时的航空、航天和天文方面的课程，还要熟读长达21卷不断改动的航天飞机手册。”尽管他已有12000小时的飞机飞行经验，但为了体验巨型飞机的飞行器感受，他还是抽出许多时间去驾驶装有反向推力器和横压发生器的墨西哥I型飞机反复进行练习。为了熟悉航天飞机上的5台计算机和各种仪表、开关和飞行程序，他曾在航天飞机模拟训练器练习过1200多小时。杨于1981年4月担任美国第1架航天飞机的机长第5次进入太空，以后还担任过航天飞机的机长，他是载人航天史上进入太空次数最多的一名宇航员。他现在是美国航空航天局宇航员办公室主任、休斯敦约翰逊载人航天中心管理主任。