27 мая 1931 Огюст Пикар и Пауль Кипфер совершили первый в истории полёт на стратостате FNRS-1, достигнув высоты 15,785 км. Уже во время этого полета возникли проблемы с герметизацией и теплоизоляцией. Во время второго полета в 1932 году Огюст Пикар достиг высоты в 16 км.
30 сентября 1933 года советский стратостат СССР-1 в составе экипажа из 3-х человек (Бирнбаум, Годунов, Прокофьев) достиг рекордной высоты в 19 км. В ноябре 1933 года высоты 18 км достиг американский стратостат en:Century of Progress
30 января 1934 года советский стратостат Осоавиахим-1 в составе экипажа из трех человек (Федосеенко, Усыскин и Васенко) смог достичь высоты в 22 км, однако он разбился при спуске. В 1934 году аварией закончился полёт стратостата «СССР-2». В 1934 году в стратосферу был запущен американский аппарат «Explorer I». В самом конце 1935 года Альберт Стивенс и Орвил Андерсен на стратостате «Explorer II» достигли высоты 22 км.
В 1937 году упал стратостат «СССР-3». Полет советского стратостата ВВА-1 в 1938 году закончился катастрофой и гибелью всего экипажа.
В 1959—1962 годах было построено несколько стратостатов, предназначенных для испытания космических и авиационных скафандров и парашютных систем для приземления с большой высоты. Такие стратостаты были, как правило, оборудованы открытыми гондолами, от разрежённой атмосферы стратонавтов защищали скафандры. Эти испытания оказались предельно опасны. Из шести стратонавтов трое погибли, а один потерял сознание во время свободного падения.
Американский проект «Excelsior» включал три высотных прыжка из стратостатов объёмом 85 000 м3 с открытой гондолой, которые выполнил Джозеф Киттингер в 1959—1960 годах. Он испытывал компенсирующий гермокостюм со шлемом и двухступенчатый парашют системы Бопре, состоящий из стабилизационного парашюта диаметром 2 м, который должен предохранять парашютиста от вращения при полёте в стратосфере и основного парашюта диаметром 8,5 м для приземления. В первом прыжке с высоты 23 300 м из-за раннего раскрытия стабилизационного парашюта тело пилота начало вращаться с частотой около 120 об/мин и он потерял сознание. Лишь благодаря автоматической системе раскрытия основного парашюта Киттингеру удалось спастись. Второй и третий полёты прошли более удачно, несмотря на то, что в третьем произошла разгерметизация правой перчатки и рука пилота сильно распухла. В третьем полёте, который состоялся 16 августа 1960 года Киттингер установил сразу несколько рекордов — высоты полёта на стратостате, высоты свободного падения и скорости, развитой человеком без использования транспорта. Падение продолжалось 4 минуты 36 секунд, за которые пилот пролетел 25 816 м и на некоторых участках развил скорость около 1 000 км/ч, вплотную приблизившись к скорости звука. Полёты в рамках проекта «Excelsior» дали важные результаты для разработки авиационных гермокостюмов и систем спасения.