1958年10月1日，美国正式把国家航空咨询委员会(NACA)改组为国家航空航天局(NASA)。原来的国家航空咨询委员会在1915年成立，它之所以要改组成国家航空航天局，是为了扩大这一机构在航天方面的职责，以加速实现美国赶上前苏联卫星的计划。根据美国总统艾森豪威尔1958年4月2日向国会提出的咨文，成立国家航空航天局的目的是：①扩大人类对大气层和宇宙空间方面的知识。②改进飞机的用途、性能、安全性和效率。③发展能携带武器、设备和生物进入宇宙空间的飞行器。④保持美国在航空和空间技术方面的领先地位。⑤向政府部门提供有军事价值或军事意义的研究成果。⑥与其他国家合作，从事空间研究成果的和平利用。⑦最有效地利用美国的工程力量，以及避免设备建设的重复。
在行政上直属总统领导，是美国政府系统中主要的航空航天科研机构，在研究和探索发展方面向有关单位提供有价值的科研成果，并负责航空航天技术咨询工作。该局以民用航宇科研为主，也为军用航宇服务；自1958年以来以空间科研为主，航空科研所占比重较小。
NASA由于NASA在军用、民用航空和宇航方面所担负的任务，它的协作面非常广泛，它与国防部的计划分析与鉴定部、高级研究计划局有着密切的联系；与陆、海、空军有共同的合作计划；与政府其他部门如能源部、气象局和工业部门有各种合同关系。NASA的研究成果直接转让给国防部、各航空制造公司、联邦航空局以及其他有关机构。NASA对各航空制造公司设计新飞机和联邦航空局适航性鉴定提供技术基础。
目前美国国家航空航天局的年度预算为160亿美元，总部位于华盛顿哥伦比亚特区。美国国家航空航天局的视野是“改善这里的生命，把生命延伸到那里，在更远处找到别的生命”。美国国家航空航天局的目标是“理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。在太空计划之外，美国国家航空航天局还进行长期的民用以及军用航空宇宙研究。美国国家航空航天局被广泛认为是世界范围内太空机构的领头羊。
机构设置
NASA在行政上直属总统领导，由局长总体负责。NASA是在两个层次的基础上实施管理，局总部管理和战略事务部管理。局总部对全局负有领导责任，协调局内外工作，执行NASA的对外成本核算和联络，制定该局长远规划、年度计划，实施预算集成，制定NASA的发展战略、长期投资战略、NASA政策和标准。监督各研究中心的技术管理工作；检查各阶段工作进展和完成情况；保证执行经国家批准的计划。NASA建立了六个战略事务部，分管NASA的主要业务领域，以实现NASA的任务和更好地服务于客户。它们分别是：航天飞行部(约翰逊航天中心、肯尼迪航天中心、马歇尔航天飞行中心、斯坦尼斯航天中心)；航空航天技术部(下属艾姆斯研究中心、德莱登飞行研究中心、兰利研究中心、戈兰研究中心四个研究中心)；地球科学部(下属戈达德航天飞行中心)；空间科学部(下属喷气推进实验室)；生物和物理研究部和安全与任务保障部。每个战略事务部都有自己的一套战略目标、目的和为满足主要客户需求的执行措
施。战略事务部负责确定客户需求并确保所有客户满意。各事务部会同分管业务的副局长确定其工作方向，负责制定各事务部的长期投资战略、预算、项目资源分配和性能评估、政策和标准，执行NASA的政策。
NASA总部下辖10个研究中心：戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center)、约翰逊航天中心(Lydon B. Johnson Space Center)、肯尼迪航天中心(John F. Kennedy Space Center)、马歇尔航天飞行中心(George C. Marshall Space Flight Center)、斯坦尼斯航天中心(John C. Stennls Space Center)、艾姆斯研究中心(Ames Research Center)、德莱登飞行研究中心(Dryden Flight Research Center)、兰利研究中心(Langley Research Center)、戈兰研究中心(Glenn Research Center)和喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)，其中喷气推进实验室是NASA的合同运作单位。
NASA总部下辖进行航空科研工作的单位，主要有5个，现分别介绍如下。
(1)艾姆斯研究中心，(2)戈兰研究中心，John H. Glenn Research Center at Lewis Field ，(3)兰利研究中心，Langley Research Center (LaRC)，(4)喷气推进实验室，Jet Propulsion Laboratory (JPL)，(5)德莱登飞行研究中心，Dryden Flight Research Center 人员与经费
NASA1994年度雇员为24731人，到1999年减少到21000人。1994年度经费为145.5亿美元，1995年度经费为143亿美元。2001年经费为142.5亿美元。2002年，NASA有雇员18800多人，其中总部有1200多人、约翰逊航天中心2900多人、肯尼迪航天中心1800多人、马歇尔航天飞行中心2700多人、斯坦尼斯航天中心约300人，艾姆斯研究中心1500多人、德莱登研究中心约600人、兰利研究中心2300多人、戈兰研究中心1900多人，戈达德航天飞行中心3300多人。从业务领域来看，从事人类航空航天探索与开发的有6700多人，从事空间科学的有2453人，从事生物与物理研究的1200多人、从事地球科学的1800多人。
科研活动
地球气象在航空技术方面，主要从事以下四方面的工作：①空气动力：紊流学、翼型、超音速飞行等。②推进技术：燃烧与燃料、噪声及其传播、计算流体力学、涡轮机械部件研究。③材料与结构：复合材料、高温材料、动态加载与气动弹性、结构分析等。④航空电子学和人素工程：制导/导航、航空电子学、飞行管理和模拟技术。
NASA的长远目标：在利用航空航天技术以满足国家需要方面起领导作用；利用新型空间远距离通信能力于公众服务事业；保持美国民用和军用航空优势；继续进行科学探索以及加强对宇宙、太阳系和地球环境的了解；人造卫星的应用，人造卫星研究和技术发展；将航天技术和知识转移以用于一般工业。目前NASA主要的研究范围和研究目标包括以下几个方面。
航空航天技术：实现航空航天领域技术和工程革命，开发更加先进、更加安全的航空技术，增强运载能力，降低辐射和噪声；革新航天运输系统，降低成本，增强安全性并进行商业开发。
人类航天探索与开发：探索空间前沿，开发能够让人类永久工作和生活空间，对宇宙进行商业开发，分享探索带来的经验和益处。
地球科学：开发一个了解地球科学系统，探索它对于自然环境变化和人类活动情况的反应，提高气候、天气和自然灾害预测水平。
宇宙科学：负责与天文有关的项目，研究太阳系以及太阳活动对地球的影响等。
研究课题和领域
1957年前苏联第一颗人造地球卫星上天后，美国组建了国家航空航天局，对发展美国的航空航天事业起了重大作用。美国国家航空航天局的研究课题内容广泛，以航天为主。在航空方面的研究课题主要有超声速技术、飞机节能技术等；在航天方面主要配合几个大型工程，如阿波罗工程、天空实验室、航天飞机等开展研究。它通过科研课题、合同、计划等形式与国防部、高等院校、工业企业的研究机构保持密切的关系。它下辖的研究中心和实验室有十几个，如戈达德航天中心、肯尼迪航天中心、喷气推进实验室等。但科研工作80％以上委托局外各单位进行处理。研究成果以NASA出版物形式发表。出版物有《技术报告》、《技术札记》、《合同户报告》、《技术备忘录》、《技术译文》、《特殊出版物》等。
美国太空总署的年度预算为160亿美元，总部位于华盛顿哥伦比亚特区。在太空计划之外，美国太空总署还进行长期的民用以及军用航空宇宙研究。
NASA从事的研究领域：航空学研究及探索，包括空间科学（太阳系探索、火星探索、月球探索、宇宙结构和环境），地球学研究（地球系统学、地球学的应用），生物物理研究，航空学（航空技术），并承担一定的培训计划。
科研发现
美国国家航空航天局2009年7月21日证实，木星在过去相当短一段时间内再次遭遇其他星体撞击，使木星南极附近落下黑色疤斑，撞击处上空的木星大气层出现一个地球大小的空洞。
木星新出现的这处空洞由澳大利亚业余天文爱好者安东尼韦斯利于20日上午从澳大利亚最初观测发现。美国航天局位于加利福尼亚州的喷气推进实验室随后展开观测活动，并借助设于夏威夷的空间红外望远设备捕捉到了木星空洞及疤痕静态画面。喷气推进实验室天文科学家格伦奥顿说：“疤痕可能因彗星撞击所致，但有待进一步证实。”喷气推进实验室宇航员雷格弗莱彻告诉美国《新科学家》杂志，木星黑斑“约等同于一个地球大小”。
观测并拍摄到木星新空洞的澳大利亚天文爱好者韦斯利现年44岁，正业是一名计算机程序编写员。澳大利亚媒体报道，韦斯利从小就喜欢天文观测，此次发现木星空洞的工具是架设在他家后院内的一台14．5英寸折反射望远镜。韦斯利20日在互联网上刊登了他拍摄的照片及拍摄记录。他说，当天他首先观测到木星南极处出现一个“黑点”，原本以为是木星“极暴”，但随着木星自转，他发现黑点为立体空洞状，随即推翻“极暴”猜测转而判定为撞击痕迹。木星为液态行星，是太阳系八大行星中体积和质量最大的一颗。1994年7月16日至22日，一颗名为苏梅克—列维9号的彗星与木星迎头相撞，成为人类史上第一次直接观测到的天体相撞。
那次彗木相撞产生相当于20亿枚原子弹爆炸的威力，产生直径达10千米、温度达7000℃的火球，形成地球大小的尘埃云团，在木星表面衍生的黑斑存在了数月之久。《纽约时报》报道，美国航天局仍在继续追踪观测木星，以获取更多信息，包括证实撞击物究竟是彗星还是其他物质。由于此次相撞的时间很可能与15年前的彗木相撞重合，科学家还希望研究其间是否存在某种规律。