重力の影響で血液などの体液は下半身へ引っ張られており、それに対抗して心臓は体にまんべんなく血液を供給するために働いていますが、微小重力環境下では重力による影響が取り除かれてしまうために血液が上半身に集中（体液移動）して顔がむくんだりする現象が発生します。

重力のある環境では、骨はカルシウムを貯蔵して強度を保持しようと、筋肉は姿勢を保つために働いています（抗重力筋）。しかしながら微小重力状態になると、体が宙に浮き、骨の負担が著しく小さくなるため骨を強くする必要がなくなりカルシウムが血中に溶け出し、尿として排泄されてしまいます。そのため骨はもろくなり地上における骨粗鬆症とよく似た状態になります。

また抗重力筋も弱くなり縮んでしまいます（筋萎縮）。また、夜寝る前の身長と朝起きたときの身長を比較すると朝の方が伸びているように、重力のない環境では、重力に対抗して身長を維持している背骨が伸びて身長が数センチも高くなってしまいます。

宇宙酔いとは、微小重力状態に入って数分から数時間以内に頭重感や倦怠感を伴った突発的な吐き気や嘔吐を起こす現象で、地上での乗り物酔いによく似た状態になることです。この宇宙酔いは数日で消失しますが、その原因については体液が頭部に移動するためとか、耳の奥にあって平衡感覚を維持している前庭系器官と視覚からの情報が地上とは異なるため脳の情報処理に混乱が生じるためなどと考えられています。

宇宙環境にさらされることによって起こる遺伝子の発現の変化に注目して研究する分野です。多様な生物において重力の変化や宇宙飛行を要因としてどのような遺伝子の発現が強まったり、あるいは抑えられたりするのでしょうか？それらの遺伝子が作り出すタンパク質の性質や機能はなんなのでしょうか？遺伝子発現の操作によって、その表現型において重力変化の効果を無効にあるいは高めることができるのでしょうか？あるいはまた宇宙環境に適応するように生物を遺伝子工学的に改変することができるのでしょうか？こういった疑問に答えを見出そうと試みられています。

細胞に関しての大きな問題のひとつは、1個の細胞が重力を感じてそれに応答することができるのであろうか？ということです。もしできるのならば、いかにして、どう応答するのか？複雑な系の生物において個々の細胞がどのようにして重力の方向と力を感じるのでしょうか？重力を感じる細胞は、いかにして重力の受容器官から細胞内のシグナル伝達系に情報を伝えるのでしょうか？重力を感知する細胞と生理的な応答をする細胞との間でどのようにしてその情報のやりとりがおこなわれるのでしょうか？それには一体どのような酵素系や代謝系が働いているのでしょうか？と言った疑問に答えるための研究分野です。

組織や器官が形成されていく中で、多くの細胞間で情報の伝達や調節がおこなわれています。正常胚の発生段階において重力の変化や宇宙飛行に関連した因子による障害や制限、変異など重大な影響をうけるような、いわゆる「クリティカルステージ （臨界点）」が存在するのかどうか？存在するとするならば、正常な胚発生がどのように変異するのでしょうか？またどんな遺伝子や遺伝子産物、代謝変化が多系性や適応性の指標となるのでしょうか？など重力の変化が初期発生や形態形成にいかに影響するのかを明らかにしていく研究分野です。

ここでは、宇宙環境に対する応答の生物間比較、そして重力の変化やそのほかの宇宙環境に急性的あるいは慢性的にさらされた時の生理作用や代謝、成熟生物相の機能にどのような影響が現れてくるのか？また多様な生物相にあってどのような相違が見られてくるのか？と言ったことが中心的な課題になる分野です。