なお、地上から打ち上げたものが戻ってくる場合に限って大気圏再突入、もしくは単に再突入という場合もある。
宇宙機の大気圏突入
宇宙船などの「発射、宇宙飛行し、地球へ帰還する」の内、もっとも危険で難しいとされる行為である。
衛星軌道から大気圏に突入する場合、衛星に必要な速度(地球低軌道では7.9km/s程度)をほぼ保った高速で大気圏に接触する。もし仮に衛星軌道で停止しても、衛星軌道の高度(地球低軌道でも300km以上)からの長い距離を重力加速度を受け空気抵抗無しで落下するためにやはり高速になり大気圏に突入する。
大気圏、いわゆる空気も物質であるため、触れると抵抗が発生し、前方の空気を圧縮することにより熱も生じる。成功させるにはこの抵抗を計算に入れた適切な角度と速度で突入する必要がある。
地上への帰還を目的とする場合では、突入する角度が浅すぎると高高度の薄い大気を通過し、十分に減速できず再び宇宙へ飛び出してしまう。逆に角度が深すぎると速度を保ったまま低高度の濃い大気に突入し、過度の空気抵抗と熱が加わり耐久性や耐熱性の限界を超えると分解、燃える恐れがある。最適な角度を選んでも断熱圧縮による熱は必ず発生するため、機体の耐熱処理は非常に重要になってくる。
ただし、帰還時には大気が全面的に邪魔者というわけではなく、着陸に必要な燃料は大気があることにより大幅に節約できている。大気があれば大気中を通るように軌道を変えるだけでいいが、真空の天体に着陸する場合は周回速度の完全な打ち消しや降下(落下)時の減速をすべて自力で行う必要がある。
一般的には突入に失敗すると燃え尽きるというイメージがあるが、役目を終えた人工衛星を、わざと大気圏突入させて燃え尽きさせることがある。制御可能なうちに処理して置かないと、宇宙空間を漂うゴミ(スペースデブリ)となって、後続の宇宙活動の妨げになるため、こういった制御落下を行うことも宇宙開発事業には必要な行為なのである。
惑星探査機などでは、大気を通過することにより減速し軌道を変える「エアロブレーキング」という手法が存在する。そのまま地上に降りない場合、目的の減速をした上で再び宇宙へ飛び出すのが成功となる。
主な耐熱処理
アブレータ
樹脂が溶融、炭化、蒸発する際に熱を奪う性質を利用して熱の侵入を阻む。主な例ではアポロ計画宇宙船の帰還カプセルやソユーズ計画宇宙船の帰還カプセルがこの方法を用いている。
また、大陸間弾道弾の弾頭部もこの方法で冷却をする。
耐熱シールド
機体に貼りつけられたセラミック製の耐熱タイルにより熱の侵入を阻む。スペースシャトルのオービター部(軌道船。人や機材が乗る)に用いられている。
主な現実における例
- 2001年、ロシアの宇宙ステーション・ミールが大気圏再突入によって廃棄処分された。破片は完全に燃え尽きずに海上へと落下したが、この際に破片が日本上空を通過することがわかっていたため少なからず騒ぎとなった。
- 2003年、スペースシャトル・コロンビアが大気圏突入の際、分解したのは断熱パネルの分解によるものである。
- 2010年、小惑星探査機「はやぶさ」が大気圏に突入したのは、イトカワから持ち帰ったカプセルを地球に届けるためには、地球に出来るだけ近づく必要（遠いとカプセルが地球に届かない恐れがある）があり、カプセル放出後にはやぶさが地球圏を離脱するだけの推力はなかったからである。
主な創作作品における例
- 機動戦士ガンダムシリーズ
- 初代からお約束のシーンとして登場する。劇中でシャアが言っていたように、大気圏突入のタイミングで戦闘をしかけるのは非常に危険な行為で、きわめて時間制限の厳しい戦いとなる。なおZガンダムにおいてはそのシャア（クワトロ）も敵の攻撃に弾かれモビルスーツで大気圏突入を経験することになる。大半のMSには大気圏突入能力はなく、Zガンダムなどではフライングアーマーという装備を用いたり、バリュートと呼ばれるシステムを装着して大気圏突入を行っている。
- 「Gの影忍」では大気圏突入奥義としてイヅナ落としという技が登場する。敵のMSを背中から羽交い締めにし、それを盾にして大気圏に突入。相手は燃え尽きてしまうが、自身は無事に地上へ降り立てる。
- 魁!!男塾
- 塾長江田島平八が敵対組織の罠にかかって宇宙に追放された時、生身で宇宙遊泳をしてシャトルに乗り移り、地球に帰還したい旨を伝えるが酸素の都合で出来ないと言われると宇宙服と酸素ボンベをもらい受け、そのままシャトルと鎖でくくりつけ大気圏突入するという行為を行い無事帰還をしている。
- サイボーグ009
- ジョー、君はどこに落ちたい？
- サンダーバード(SF人形劇)
- 32話にて無許可で軌道上を周回し「宇宙放送局KLA」を営んでいた人工衛星の軌道と制御不能になった打ち上げロケットの指令爆破位置が偶然同じ位置であったため、爆発に巻き込まれたKLAの衛星が降下し始める。高度が落ち機体表面温度が徐々に上がり始めている最中、乗っていたDJのリック・オシェーが高所恐怖症のため救助を拒みアランに拳で語られる前に偶然放送用テープのスイッチが入ってしまう。その後、落下地点がちょうど石油精製工場の敷地内であったためサンダーバード2号が分解しつつあるKLAをミサイルで撃墜し爆破処分しようとしたものの放送が流れてきたためオシェーがまだ中にいるものと勘違いし、予定を変更してサンダーバード2号の主翼にKLAを乗せて落下地点をずらし工場への落下を免れる。
ゲームソフトにおける例
- Alpha Squadron(MSXパソコン用STG 販売元：ソニー)
- ネメシス2(GB用STG 販売元：コナミ)
- 重装機兵レイノス（メガドライブ用ACT 販売元：メサイヤ）
- 重装機兵ヴァルケン（スーパーファミコン用ACT 販売元：メサイヤ）
- 先述の『ガンダム』のオマージュと思われる、大気圏突入タイミングでの戦闘が存在する。『レイノス』では軌道上に集結する敵部隊の全滅後、主人公の機体が味方の艦に収容された後で仲間のゾウザリーが遅れてやってくるが、艦は大気圏突入体制に入っていたために収容されずに燃え尽きて死亡、（このステージには制限時間があり、うかうかしてると時間切れでプレイヤーも閉め出しを喰らって死ぬ）『ヴァルケン』では突入に失敗し窮地にあった敵兵を捕獲（保護）する場面がある。
- スプリガンMark.2（PCエンジン用STG 販売元：ナグザット 開発：コンパイル）
- 『ガンダム』のオマージュと思われる、大気圏突入タイミングでの戦闘が存在する。発射しても誘導出来ずに上方へと飛んでいってしまう為、ミサイル系は使用できない。敵を撃破した際には徐々に小さくなっていく。再突入時に戦闘になった為、母艦への帰還が無理な場合に備えて単独突入用の装備であるストラトシューターを装着して戦闘を行うが、被弾によりこの装備が使用できないという場面もある。(このステージのボス戦には時間制限があり、時間切れの場合は強制的にストラトシューターが使用されてしまい、避けることが出来なくなり撃墜されてしまう)
- Deadspace3(XBox360/PS3/WinowsPC用TPS 販売元：エレクトロニック・アーツ 開発：Visceral Games)
- CMS CrozierでTau Volantisへ大気圏突入を行うシーンがある。大量に浮かぶ残骸を避け、機雷を撃墜しつつ画面に表示される軌道を外れないように操縦するミニゲーム的なシーンとなっている。
- エースコンバット3(PS用フライトシューティング 販売元：ナムコ)
- ニューコムルートM41 Zero Gravityの終了時に大気圏突入がある。姿勢制御に失敗すると燃え尽きてしまう。
- KerbalSpaceProgram
- 宇宙船のフライトシミュレートで、大気の濃さと宇宙船の速度に応じた空気抵抗による加速度がかかり、大気圏突入を経た着陸やエアロブレーキングによる軌道変更が自由に可能。
