Ciało ludzkie w bardzo specyficzny sposób reaguje na sytuację w czasie której nie podlega działaniu siły grawitacji. Wszelkie powstałe reakcje wywołane są działaniem określonych układów. Są to receptory wykrywające grawitację, płyny ustrojowe, tkanka kostna i mięśniowa. W wyniku reakcji tych układów, cały organizm także odpowiednio reaguje na zaistniałą sytuację. Bardzo ciekawym efektem tutaj występującym jest sytuacja opisywana przez astronomów, kiedy odpychają się od ścian statku kosmicznego. Wówczas, tak jak opisują, wydaje im się, że to ściany poruszają się względem nich, a nie oni względem ścian. Widać na tym przykładzie, że organizm i nasz mózg zupełnie inaczej działa w stanie nieważkości.

Na co dzień, nie zdajemy sobie sprawy z tego, że cały czas podlegamy działaniu siły grawitacji, która nieustannie przyciąga nas do Ziemi. Jednak nasz organizm cały czas jest świadom jej istnienia. Także nie zdajemy sobie z tego sprawy, ale nasz organizm na drodze ewolucji, wytworzył pewne ośrodki odpowiedzialne za radzenie sobie z przyciąganiem grawitacyjnym. Ośrodki te przekazują do mózgu informacje o względnym położeniu naszego środka ciężkości, a także wszystkich części ciała. Wśród tych sygnałów docierają do nas informacje o dotyku i sile jego nacisku. Informacje te są bezpośrednio związane z kierunkiem działającej siły grawitacji. Jednym z takich ośrodków są tzw. narządy przedsionkowe, które znajdują się w uchu wewnętrznym. Narządy te są wrażliwe na wszelkie przyspieszenia, jakim poddawane jest ciało ludzkie. Także na to jak zmienia się położenie naszej głowy. Dzięki informacjom, które dostarczają narządy przedsionkowe, człowiek może utrzymywać równowagę, a także orientować się w otaczającej go przestrzeni. Określenie kierunku działania siły grawitacji przez błędnik odbywa się na zasadzie przesuwania się tzw. kamyczków błędnikowych poruszających się po błonie kamyczkowej. W wyniku takiego przesuwania, pobudzane są inne komórki zmysłowe. Komórki te są obecnie uważane za receptory grawitacyjne. Innymi tego typu receptorami są tzw. mechanoreceptory znajdujące się w naszych mięśniach i stawach, a które rejestrują siłę nacisku jakiej podlegają nasze kończyny. To także pozwala na określenie wielkości działającej siły przyciągania.

Kiedy człowiek znajduje się w stanie nieważkości, to wtedy błędnik nie rejestruje takich sygnałów. Receptory przestają już rejestrować zmiany położenia głowy, a mechanoreceptory przestają już czuć masę kończyn, w wyniku czego mięśnie już nie pracują nad utrzymaniem człowieka w stanie równowagi. A wszelkie receptory dotyku znajdujące się w naszych kończynach także nie dają sygnału, który mówiłby naszemu mózgowi o tym gdzie jest "dół".

W wyniku takich zmian, powstają u człowieka pewne złudzenia wzrokowo-orientacyjne, które prowadzą do stanu dezorientacji. Stan ten też może doprowadzić do wystąpienia u człowieka choroby lokomocyjnej, która praktycznie nie różni się niczym od tej, której doświadcza się będąc na Ziemi. Jednak w przypadku ludzi którzy są wysyłani w przestrzeń kosmiczną trwa trochę dłużej, bo ok. 3 dni. Po tym czasie, mózg astronauty przystosowuje się już do nowych warunków środowiskowych i pozwala nabrać pewnej orientacji.

Jednakże stan nieważkości nie tylko powoduje zaburzenia równowagi, ale także zmianę w przepływie płynów ustrojowych u człowieka. W czasie pierwszych minut od momentu całkowitego zaniku siły grawitacji u człowieka, pojawiają się pewne widoczne zmiany w układzie krwionośnym. Na twarzy pojawia się obrzęk, a żyły które znajdują się w okolicach szyi, nagle nabrzmiewają. Dochodzi nawet do gromadzenia się krwi w klatce piersiowej, co z kolei może doprowadzić do przekrwień zatok i nosa. Pojawiają się także pewne komplikacje z oddychaniem, które nie są raczej groźne, przypominają one trudności jakich doznaje przeziębiony człowiek na Ziemi. Jednak objawy te zanikają dopiero w momencie prowadzenia intensywnych ćwiczeń.

Wszelkie te objawy związane z przepływem płynów ustrojowych związane są z tym, że w przypadku braku grawitacji, zanika także ciśnienie hydrostatyczne. Brak tego ciśnienia powoduje że płyny, które do tej pory znajdowały się w dolnych partiach ciała astronauty, przemieszczają się do górnych części. W wyniku przeprowadzonych badań nad astronautami wykazano, że w pierwszych dniach lotu, z ich nóg ubywa około 1/10 objętości płynów ustrojowych, co daje w przybliżeniu 1 litr. Jednak w miarę coraz dłuższego przebywania organizmu w stanie nieważkości, następuje proces adaptacji, dzięki któremu płyny ustrojowe zostają rozdystrybuowane. Jednak na tym nie koniec. To, że płyny ustrojowe uległy przemieszczeniu i ich ilość w poszczególnych partiach ciała uległa zmianie, także wpływa na działanie innych organów. Między innymi działanie nerek, a także wszelkich mechanizmów hormonalnych i mechanicznych regulujących cały system wodny w organizmie. Przykładem tutaj może być zmiany w filtracji nerek, której poziom wzrasta o 20% w stosunku do poziomu, który utrzymuje się w warunkach normalnych. Stan ten trwa przez pierwszy tydzień pobytu astronauty w przestrzeni kosmicznej. Zmiany w przepływie płynów ustrojowych, utrzymuje się także przez pewien czas bezpośrednio po powrocie astronauty na Ziemie - cierpią oni wtedy na specyficzny rodzaj niedokrwistości.

W przypadku mięśni i kości, także pojawiają się pewne zmiany związane z przebywaniem w stanie nieważkości. Okazuje się, że bez względu na długość pobytu astronauty w przestrzeni kosmicznej, wraca on na Ziemie z ubytkami w masie kości. Ubytek masy także jest obserwowany w przypadku płuc, serca, a także innych narządów. To z kolei prowadzi do poszerzenia klatki piersiowej w wyniku zmniejszenia się napięcia pomiędzy żebrami. Co ciekawsze, to w wyniku braku nacisku działającego na kręgosłup, ludzie stają się wyżsi o ok. 5 cm.

W przypadku mięśni, następuje taka sytuacja, że są one zupełnie inaczej wykorzystywane niż w przypadku pobytu na Ziemi. Także niektóre partie mięśni wykorzystywane są znacznie rzadziej, co z kolei prowadzi do ich zaniku. Zmianom także podlegają cechy wewnętrzne charakteryzujące tkankę mięśniową. Niektóre mięśnie, takie jak wolno kurczące się włókna, odpowiedzialne za reakcję organizmu na siłę grawitacji, zastępowane są przez mięśnie szybko kurczące się. Ogólnie ten problem nie stanowi poważnego zmartwienia, dopóki astronauci nie muszą wykonywać ciężkich prac w kosmosie. Jednak w przypadku przeprowadzania jakiejś naprawy, lub spaceru w przestrzeni kosmicznej, efekty te są niepożądane i obecnie przeprowadza się wiele eksperymentów na Ziemi i w kosmosie badających tę sytuację.

Jak już wspomniano astronauci powracający na Ziemię, posiadają mniejszą masę kości, niż gdy wyruszali w kosmos. Dzieje się tak, dlatego, że podczas pobytu człowieka w stanie nieważkości dochodzi u niego do obniżenia metabolizmu kości. W wyniku przeprowadzonych badań, wykazano, że ubytek ten utrzymuje się na poziomie 1% masy kości w ciągu miesiąca. Ubytki te głównie dotyczą kości kręgosłupa, bioder i są wynikiem istniejących strat wapnia. Ten stracony wapń, powoduje podwyższenie jego poziomu w całym organizmie. To z kolei sprzyja tworzeniu się kamieni nerkowych, a także do powstania zwapnień tkanek miękkich. Gdy astronauta powraca na Ziemie, to proces utraty wapnia z kości ulega zahamowaniu dopiero po miesiącu czasu. Nie do końca jest wiadome, czy kości zostają w pełni odbudowane. Zdarza się tak, że utrata tkanki kostnej jest nieodwracalna i taki astronauta jest bardziej narażony na złamania kości. Jako, że problem jest dosyć poważny, to także na tym polu prowadzi się intensywne badania. Przeprowadzono w 1996 roku taki eksperyment, w którym badano wpływ stanu nieważkości na tkankę kostną i mięśniową. Jednak jak do tej pory nie znaleziono sposobu, który by przeciwdziałał tym efektom.

Jednak opisane tutaj zmiany dotyczące mięśni kości, płynów ustrojowych to nie jedyne, które można zaobserwować u człowieka znajdującego się w stanie nieważkości. Cały organizm wówczas reaguje inaczej. Na przykład w płucach, gdy nie ma siły grawitacji zupełnie inaczej wygląda przepływ krwi i powietrza, a mianowicie jest różny w różnych częściach płuc.

Nie tylko brak grawitacji negatywnie wpływa na astronautów. Jest także szereg innych czynników, które oddziałują niekorzystnie na ludzi znajdujących się w przestrzeni kosmicznej. Przykładami tu może być promieniowanie kosmiczne, lub zbyt duża dawka promieniowania elektromagnetycznego pochodzącego ze Słońca. Zbyt wysoka dawka światła jaką zaabsorbują astronauci może doprowadzić do wystąpienia u nich pewnych zaburzeń fizjologicznych.

Człowiek przebywając na powierzchni Ziemi jest w mniejszym stopniu narażony na działanie promieniowania kosmicznego, niż astronauta przebywający w przestrzeni kosmicznej. A to dlatego, że na Ziemi promieniowanie kosmiczne jest pochłaniane przez atmosferę. W przypadku ludzi, którzy znajdują się na orbicie okołoziemskiej, dawka promieniowania kosmicznego, jaką ich organizmy absrobują, jest w przybliżeniu 10 razy większa niż u zwykłego mieszkańca Ziemi. W przypadku astronautów znajdujących się na Księżycu jest ona 7 razy większa. Natomiast jeśli chodzi o podróż na Marsa, to dawka ta byłaby jeszcze większa. Jednak wszelkie ryzyko wystąpienia choroby nowotworowej, jest ściśle związane z czasem trwania lotu i praktycznie dotyczy tylko długotrwałych lotów kosmicznych. Efekt takiego napromieniowanie nie jest łatwy do zbadania, ponieważ warunki jakie panują w przestrzeni kosmicznej, są raczej ciężkie do odtworzenia na Ziemi. Należałoby wytworzyć, takie promieniowanie, które nie jest wybitnie intensywne, ale charakteryzuje się dużą ciągłością i wysoką energią, co przy obecnej technice jest praktycznie niemożliwe do zrealizowania. Jednak nie jest to problem dosyć poważny, ponieważ obecnie stosuje się odpowiednie ekrany i tarcze ochronne, a także podaje się astronautom odpowiednie leki, także zagrożenie ze strony promieniowania jest zminimalizowane.

Do tych wszystkich problemów dochodzą także problemy natury psychologicznej. Otóż w czasie przebywania w przestrzeni kosmicznej, ludzie zmuszeni są do mieszkania w dosyć ciasnych pomieszczeniach i przebywania przez cały czas w niewielkiej grupie ciągle tych samych osób. Można to sobie wyobrazić jako mieszkanie w ciasnym pokoiku z trzema osobami, bez możliwości wyjścia na zewnątrz. To może prowadzić do pewnych niekorzystnych zmian. Mogą wystąpić u astronauty uczucie niepokoju, czy stresu, a w skrajnych sytuacjach doprowadzić do powstania sytuacji konfliktowych z innymi członkami załogi. Tak, więc czynniki te są równie ważne dla psychiki człowieka, jak stan nieważkości dla jego organizmu.

Po powrocie astronauty na Ziemię, wszelkie wcześniejsze efekty znikają i cały jego organizm wraca do stanu normalnego. Najczęściej trwa to kilka tygodni, zanim wszystkie układy zaczną znowu funkcjonować w normalny sposób. Proces ten trwa trochę dłużej w przypadku układu mięśniowego i kostnego, a w przypadku tego drugiego, może dojść do nieodwracalnych zmian.