宇宙航空研究には、実用衛星の雛形となる技術試験衛星、実用衛星、科学探査・観測任務を行う科学衛星、さらには有人科学研究を行う有人衛星飛行の4つの研究組織及び航空技術開発専門組織からなる。アメリカ航空宇宙局の場合と同じくして、総勢5つの大きな研究組織から、研究テーマに応じた、個別の研究テーマへ専門化を実施。
技術開発面において、これまで個別に行ってきた技術開発を横断的に行う技術部門が設置され、これまで個別に開発が行われてきた技術開発の集約が行われてきている。また、民間委託を含めて、国際共同利用を推進するための施策が今後の課題でもある。その目的を達成するために、「のぞみ」での公募実験や宇宙センター施設利用の民間開放などを今後も推進。
深宇宙探査については、現在進行中の「はやぶさ」、「かぐや（おうな、おきな）」のプロジェクト終了までの業務実施及び、次の月探査計画に向けた準備、金星探査、国際共同観測計画、ASTRO-G計画などを予定している。更に、その先を見据えて、木星探査計画に向けた研究準備を始めているところであり、この分野においても国際共同利用を維持。
有人宇宙飛行の先駆者であり、かつまた、数多くの惑星探査を初めとして、国際宇宙ステーション (International Space Station) プロジェクトへの参加、高度な技術や高い信頼性のロケット技術を持つ、ロシア連邦宇宙局のソユーズロケットも活用し、今後も宇宙計画実施においては、各国との連携を重視した準備や対応を行う予定である。また、欧州宇宙機関とも研究開発の共同実施を初めとして、今後も連携の継続を強化し、航空宇宙技術において、主導的な役割を担えるまで努力を続ける予定である。将来の宇宙計画や宇宙産業を担う青少年の育成には、機構及び関係各機関との連携によって今後も継続。
さらに、今後も日本としては純国産の宇宙航空技術を、軍事利用しない国や地域、機関へは技術指導や技術協力を含めて推進。また、技術試験衛星や実用衛星の打ち上げにおいては、海外の衛星打ち上げ技術の活用においては、今後も実施。
事務・駐在員（宇宙飛行士を含む）関係部署
本社（東京都調布市）
東京事務所（東京都千代田区） [1]
JAXA-i[2]
宇宙利用推進センター大手町分室[3]
名古屋駐在員事務所（愛知県名古屋市） [4]
関西サテライトオフィス（大阪府東大阪市） [5]
ワシントン駐在員事務所（アメリカ合衆国ワシントン特別区） [6]
バンコク駐在員事務所（タイバンコク） [7]
パリ駐在員事務所（フランスパリ）[8]
宇宙飛行士関連駐在事務所
ケネディ宇宙センター駐在員事務所（アメリカ合衆国フロリダ州）[9]
ヒューストン駐在員事務所（アメリカ合衆国テキサス州） [10]
宇宙航空研究開発・打ち上げ・管制実務担当施設
筑波宇宙センター（茨城県つくば市）
航空宇宙技術研究所（東京都調布市）
宇宙科学研究本部（神奈川県相模原市）
射場
種子島宇宙センター（鹿児島県熊毛郡南種子町）
内之浦宇宙空間観測所（鹿児島県肝属郡肝付町）
実験・開発施設
能代多目的実験場（秋田県能代市）[11]
角田宇宙センター（宮城県角田市）[12]
大気圏観測・宇宙観測施設
三陸大気球観測所（岩手県大船渡市）[13]
地球観測センター（埼玉県比企郡鳩山町）