NASAの宇宙ステーション建設構想は、当初から全面的にスペースシャトルの利用を想定していた。このため、モジュールや機材の多くは、スペースシャトルでの輸送を前提として設計されている。しかし予算上の理由からロシアが参加することになり、とくに人員輸送は緊急脱出用を兼ねてソユーズ宇宙船を利用することになった。また日欧が独自の輸送手段を開発し、さらにコロンビア号事故以後はスペースシャトルの輸送力が低下したこともあって、スペースシャトル以外にも様々な輸送機が使われるようになった。2008年現在、貨物輸送用にはロシアのプログレス補給船、ESAのATVが使用されており、2009年にはJAXAのHTVが加わる予定である。
しかし、ロシア以外の建設資材は、大半がスペースシャトルでの打ち上げを前提に設計されており、他の手段での代替は困難である。NASAは2010年一杯でスペースシャトルを退役させることを決定しているため、スペースシャトルの運航が遅れれば全ての資材を打ち上げることなく建設を打ち切る可能性もあると懸念されている。2011年以後は施設や人員を後継のアレスIやオリオン宇宙船に振り向けることが決まっているため、スペースシャトルの運航を延長することも困難である。
ロシアの建設資材は、大半がロシア独自で打ち上げられる。ロシアは与圧モジュールを独立の宇宙船として設計しており、プロトンロケットで打ち上げられるとモジュール自体の機能でISSに自動ドッキングする。一部の小型モジュール（ピアースなど）は、プログレス補給船のペイロードとして輸送される。
2010年にスペースシャトルが退役した後は、現在使用中の輸送機に加え、開発中のいくつかの輸送機が使用される。
スペースシャトル退役後に最も不足するのは、機材を地球へ持ち帰る能力である。現状ではスペースシャトル以外で唯一の手段であるソユーズは、わずか60kgの手荷物しか搭載できない。ESAやJAXAは、物資回収用カプセルの開発を検討している。
スペースシャトルの後継宇宙船であるオリオンは2014年に実用化の予定であり、アメリカにとっては有人宇宙船の4年という空白期間を生じることになる。これを埋めるためにCOTS（民間開発の宇宙船）を募集し資金を提供したが、実用化時期は不透明で、スペースシャトル退役までに就役する可能性は低い。またロシア、ESA、JAXAも新型有人宇宙船の開発を検討しているが、開発中のオリオンより早く完成するとは考えにくい。この結果、ISSの乗員交替や緊急脱出に用いる宇宙船は、一時的にソユーズのみに頼る公算が大きい。
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貨物輸送も、一時的にNASA独自の輸送手段は中断するため、日欧露の輸送機を購入することが検討されている。なかでも国際標準実験ラック（ISPR）や、バッテリーなどの軌道上交換ユニット（ORU）を輸送できる唯一の輸送機であるHTVが有望視されているとの報道があった。NASAがHTVを購入することについてはNASA、JAXAとも否定しているが、上記物資をNASAが輸送しようとする場合は何らかの形でHTVを利用する以外に選択肢がないことも事実である。