Sıcaklık bir cismin atomik yapısı ile ilgilidir. Bir cismin molekülleri çok titreşiyorlarsa o cisim sıcak, az titreşiyorlarsa soğuktur. Bu nedenle sıcaklığa sahip olabilen tek şey maddedir. Uzay ise yüzde 99,99 vakumdur yani boşluktur, pratikte içinde molekül, atom ve parçacıkların bulunmadıkları kabul edilebilir. Dolayısı ile uzayın bir sıcaklığı olamaz.

Uzayın sıcaklığı yoktur ama uzayda bulunan cisimlerin sıcaklıkları vardır. Evrenin ortaya çıkışını açıklamaya çalışan 'büyük patlama' teorisi doğru ise rastlanabilecek en yüksek sıcaklık o anda olmalı. Gittikçe soğuyan evrende yıldızların ve onlara yakın gök cisimlerinin, atomik yapılarına göre belli sıcaklıkları vardır. Uzayın en az yoğun olduğu yerlerdeki cisimlerin sıcaklıklarının ise, atomik hareketlerin durduğu sıcaklıktan 3 derece fazla yani eksi 270 derece civarında olduğu tahmin ediliyor.

Avrupa Uzay Ajansı'ndan yapılan bir açıklamaya göre ise uzayda dönüp duran Hubble teleskopu uzaydaki şimdiye kadar rastlanan en soğuk bölgenin fotoğrafını çekmiş. 5000 ışık yılı uzaklıkta, Centaurus takımyıldızında bulunan bu bölgedeki sıcaklık mutlak sıfır noktasından l derece daha sıcak yani eksi 272 dereceymiş.

İnsanların uzayın sıcaklığını merak etmelerinin asıl nedeni uzaya çıkan astronotlardır. Onların nasıl bir sıcaklık ile karşılaştıkları, üzerlerindeki giysilerin buna nasıl dayandıkları hep merak konusu olmuştur. Astronotların gittikleri en uzak yer Ay'dır. Dünyamız atmosferi dışında ve Ay'daki sıcaklık ise Güneş'in ışığına doğrudan maruz kalınıp kalınmadığına bağlıdır.

Buralarda güneş ışığını doğrudan alan yerler, suyun kaynama noktasından bile yüksek bir sıcaklığa, 120 dereceye kadar ısınırlar. Güneş görmeyen yerlerde ise sıcaklık eksi 156 dereceye kadar düşer. Astronotlar kısa bir sürede 280 derecelik bir ısı farkı ile karşılaşabilirler. Bu nedenle astronotların giysilerinin ve uzay araçlarının izolasyon tasarımları çok önemlidir.

Yeryüzünde üzerimize kat kat giysiler bile giysek, vücut ısısını atmosfere oldukça çabuk veririz. Rüzgar bu ısı kaybını daha da hızlandırır. Ay'da ve uzayda yürüyen bir astronot ise içi vakum olan bir termosun içinde gibidir. Dışarıya ısı kaybı çok az olduğundan ve kendi vücudu sürekli ısı ürettiğinden üşümekten çok sıcaklık hisseder.