我們知道，物體重量是由於地球的吸引而使物體受到的力。物體的重量可以用彈簧秤稱出來。當物體和彈簧秤靜止時，彈簧秤的讀數就等於物體的重量；而當掛有物體的彈簧秤急劇上升或下降時，彈簧秤的讀數就大於物體的重量或小於物體的重量了。這種當物體存在向上的加速度時，它對懸掛物的拉力（或支撐物的壓力）大於物體的重量現象，稱作超重現象；當物體存在向下的加速度時，它對懸掛物的拉力（或支撐物的壓力）小於物體的重量現象，稱作失重現象。
我們可以用一個簡單實驗來解釋加速度是如何導致這兩種現象發生的，說明為什麼人在很短時間內會突然變“重”或變“輕”。先看超重：若一個人站在電梯內的台秤上，他受到向下重力，mg（g=9．80米／秒2，地麵處重力加速度）和台秤向上支撐力N。當電梯靜止或勻速運動時，根據牛頓第二定律：N=mg；根據牛頓第三定律知道，台秤對人有一向上的支撐力，人同時也給台秤一向下的同等大小的壓力N‘（圖中未畫出），因此台秤的讀數N’即為人體的重量，也就是人受到的重力大小。
當電梯以加速度a越來越快地上升時，人體所受支撐力為N1，根據牛頓第二定律N1-mg=ma，即N1=mg+ma，所以這時台秤所顯示讀數大於人體的重量，發生了“超重”，這就是加速度造成的。加速度越大，超重現象越明顯。航天器發射時，向上的加速度不斷增大，宇航員就會感到被緊緊壓在座椅上。航天器返回地麵時，加速度與速度方向相反，速度急劇降低，這時N2=mg+ma，同樣出現超重現象。
在航天飛行中，若發射與返回時的加速度a=10g，則宇航員的體重將超出10倍，就是說他要承受正常重力環境下11倍的體重衝擊！由於返回地麵持續時間相對長，這10g的超重狀態對宇航員危害更大。超重將影響宇航員的正常生理功能，使軟組織受壓，人變胖、變矮，改變血液的正常流動，當a=7g時血液會像鐵水一樣重，當達到a=8g-10g時，血液將會像水銀一樣重。處在失重狀態下，人的血液流向下身，頭部供血不足，人會感到眼前發黑，而宇航員經過特殊訓練後能夠經受住飛行中的超重衝擊，同時還能在超重情況下駕駛航天器和操作通迅設備與地麵聯絡。
明白了超重產生的原因，失重現象也就好理解了。當電梯以加速度a下降時，台秤對人體的支撐力為N3，根據牛頓第二定律mg-N3=ma，即N3=mg-ma，此時秤的讀數小於人體重量，發生了“失重”。如果向下的加速度等於重力加速度g，則台秤讀數為零，表示完全沒有重量了。航天器沿地球軌道運動時，它有一個向下的向心加速度，這個加速度等於航天器高度處的重力加速度，所以航天器便處於失重狀態。根據理論分析和空間飛行實踐，航天器在太空並不能形成零重力，由於太陽光的壓力、地磁場作用力、內部人員走動、機器運轉時的振動和隕石的撞擊等等影響，航天器內部實際是處於微重力環境下。
應當明白處於超重或失重狀態時，人體所受重力始終存在，大小也沒有發生變化，隻是人體對支撐物的壓力發生了變化，所以好像人的重量改變了。
在航天器進入軌道後，隨著超重現象的消失而出現的失重，使宇航員及沒固定的東西都漂浮在空中，人可以輕易舉起很重的物體。因為沒有重力也就沒有上下之分，人可以頭朝下工作。當加加林在首次航行中，準備用筆記下航天日誌時，感到在失重情況下寫字有些費勁，並且放下筆時係筆的帶子鬆開，筆飄走不見了（後來宇航員上天便攜帶特製的太空筆）。
在失重情況下，還出現許多與地麵上不同的物理現象，如鉛球會浮在水麵上，油和水均勻混合在一起，水中的氣泡不會自動上浮逸出。這時物體沒有輕重之分，液、汽體中的物體也無所謂沉浮，不同比重的物質之間的分層和沉澱消失，液、汽體中的對流現象消失。因此，許多要求很高的合金、半導體材料及產品不能在地球上製備或要付出很高代價製備，而在太空失重條件下卻較容易製備和生產，從而將誕生一門新產業——空間工業。
長期處於失重環境下同樣影響宇航員的身體健康，使人產生類似暈車暈船的感覺，出現腹部不適、麵色蒼白、惡心、嘔吐和昏眩症狀。一旦出現這些症狀就表明發生了太空生活中難以避免的“空間運動病”，一般幾天後可自行消失，而且並非每人都有這種症狀，程度輕重也不同。失重也會影響宇航員的正常生理功能，血液大量湧向頭部，臉部浮腫，使血液循環係統和平衡係統功能性紊亂，血液中的紅細胞明顯減少，肌肉鬆弛，人變瘦變高，味覺遲鈍，人向體外排出的鈣、磷無機鹽增多，造成骨質疏鬆、心血管功能減退等等。
由於失重和超重現象的存在，即使經過嚴格挑選的宇航員若不通過專門訓練，也不能勝任航天任務。早期航天器發射初的加速階段宇航員要承受正常重力6倍的壓力，這並非每個人都能承受的了的，況且宇航員還要進行飛船駕駛及通訊聯絡等任務，並要反應靈敏，在特定環境下照樣完成任務。所以，那時宇航員多從噴氣式飛機駕駛員中選拔，身高、年齡、體質、飛行時間、學曆及國籍等都有相當苛刻的規定。隨著航天生命保障係統的不斷完善和航天器容積的擴大，同時由於一些需要參加航天飛行的專家不具備軍人所特有的強健體格和飛行經驗，故許多條件已經放寬，使那些經過檢查合格的各行各業專家，甚至普通公民，通過宇航員訓練完全能進入太空從事科學實驗，當然負責飛行駕駛的宇航員及指揮長還是有嚴格要求的。