우주선의 하위 시스템은 임무를 수행하기 위해 필요한 기능을 나누어 구현한 구성 체계다. 과학 관측이나 통신 등 임무의 직접적인 목적을 담당하는 탑재체와 이를 지원하는 여러 장치가 함께 작동한다. 모든 우주선이 동일한 하위 시스템을 갖추는 것은 아니다.
구조와 환경 유지
구조 시스템은 장비를 지지하고 발사 과정의 하중 등을 견디게 한다. 열 제어는 우주선과 장비가 필요한 온도 범위에서 작동하도록 열의 유입과 방출을 관리한다. 설계는 임무 환경과 장비의 요구 조건에 따라 달라진다.
전력과 제어
전력 시스템은 전기를 생산하거나 저장하고 각 장치에 분배한다. 태양 전지판과 배터리는 여러 우주선에서 사용되는 전력 장치다. 자세 제어는 우주선이 어느 방향을 향하는지를 조절하는 기능으로, 안테나와 관측 장비 및 태양 전지판의 방향 설정과 관련된다. 궤도를 바꾸는 운동과 방향을 바꾸는 자세 운동은 구별된다.
통신과 자료 처리
통신 시스템은 지상의 명령을 받고 관측 자료와 우주선 상태 자료를 보낸다. 탑재 컴퓨터와 자료 처리 장치는 명령을 처리하고 자료를 저장하거나 전송에 맞게 정리한다. 추진 장치는 임무에 따라 궤도 변경이나 미세 조정 등에 사용된다.