Первым этапом биологических исследований, проводимых в СССР и США в 40—50-х гг. 20 в. в условиях, близких к космическому полёту, явились многократные полёты собак, обезьян и др. животных в ракетах на высотах до 500 км.
В ходе этих опытов изучались возможности создания необходимых условий для жизни животных при полётах в герметичных кабинах (или в специальных скафандрах в негерметичных кабинах), разрабатывались средства и методы, обеспечивающие безопасность полёта, катапультирования и парашютирования с больших высот, изучалось биологическое действие первичного космического излучения. Полученные данные позволили сделать вывод о переносимости высокоорганизованными животными режимов ускорений при ракетном полёте и состояния динамической невесомости длительностью до 20 минут. Следующим этапом биологических исследований в космических полётах явился длительный полёт собаки Лайки на советском ИСЗ-2. Третий этап был связан с созданием возвращаемых на Землю космических кораблей-спутников (ККС), позволивших резко расширить программу исследований за счёт включения в «экипаж» кораблей ряда новых биологических объектов, а также провести многомесячные исследования животных и растительных объектов после полёта. Лётные эксперименты ставились на собаках, крысах, мышах, морских свинках, лягушках, мухах-дрозофилах, высших растениях (традесканция, семена пшеницы, гороха, лука, кукурузы, нигеллы, проростки растений в разных стадиях развития), на икре улитки, одноклеточных водорослях (хлорелла), культуре тканей человека и животных, бактериальных культурах, вирусах, фагах, некоторых ферментах и др. Во время полёта в кабине поддерживались нормальные барометрическое давление (760±10 мм
рт. ст.
) и температура (18±3 °С); содержание кислорода колебалось от 20 до 24%, относительная влажность воздуха — от 35 до 50%. Культуры тканей и др. биологические объекты находились в термостате с автоматическим регулированием температуры. Собаки получали в автоматических кормушках желеобразную пищу; мелкие лабораторные животные имели свободный доступ к пище и воде. Некоторые биологические объекты для повышения их чувствительности к облучению содержались в атмосфере, обогащенной кислородом. У собак методом радиотелеметрии регистрировали электрокардиограмму (ЭКГ), артериальный пульс, пневмограмму, фонокардиограмму, электромиограмму, сейсмограмму, температуру тела, двигательную активность, поведение (по данным телевизионного наблюдения). Во всех опытах выделялись группы контрольных животных, подвергавшихся тем же воздействиям, что и подопытные, за исключением невесомости. На участке выведения на орбиту у всех собак обнаружены типичные для действия ускорений учащение пульса и дыхания, постепенно исчезавшие после перехода корабля на орбитальный полёт. Наиболее важный непосредственный эффект действия ускорений — изменения лёгочной вентиляции и перераспределение крови в сосудистой системе, в том числе в малом круге, а также изменения в рефлекторной регуляции кровообращения. Нормализация пульса после воздействия ускорений в невесомости происходит значительно медленнее, чем после испытаний на центрифуге в условиях Земли. Как средние, так и абсолютные значения частоты пульса в невесомости были ниже, чем в соответствующих моделирующих опытах на Земле, и характеризовались выраженными колебаниями. Анализ двигательной активности собак показал довольно быструю адаптацию к необычным условиям невесомости и восстановление способности к координированным движениям. Такие же результаты были получены и в экспериментах на обезьянах. Исследованиями условных рефлексов у крыс и морских свинок после возвращения их из космического полёта установлено отсутствие изменений по сравнению с предполётными опытами.