نخستین پرواز آزمایشی و بدون سرنشین سایوز در تاریخ ۷ آذر ۱۳۴۵ (۲۸ نوامبر ۱۹۶۶) و نخستین پرواز سرنشین‌دار آن در تاریخ ۳ اردیبهشت ۱۳۴۶ (۲۳ آوریل ۱۹۶۷) انجام شد. انوشه انصاری در تاریخ ۲۷ شهریور ۱۳۸۵ (۱۸ سپتامبر ۲۰۰۶) توسط فضاپیمای سایوز تی‌ام‌ای-۹ به ایستگاه فضایی بین‌المللی پرواز کرد. پیش از او، عبدالاحد مومنداولین فضانورد افغانستان در تاریخ ۷ شهریور ۱۳۶۷ (۲۹ اوت ۱۹۸۸) از پایگاه فضایی بایکونور توسط فضاپیمای سایوز تی‌ام-۶ به ایستگاه فضایی میر پرواز کرده بود.

برای پرتاب سایوز به مدار زمین، از راکتی به همین نام یعنی راکت سایوز استفاده می‌شود.

واژه سایوز در زبان روسی به معنای «اتحاد» است.

برنامه سایوز پس از برنامه‌های واستوک و واسخود، سومین برنامه فضایی سرنشین‌دار شوروی بود.

سخت‌افزارهای اصلی برنامه فضایی سایوز عبارت بودند از فضاپیمای سایوز و موشک سایوز. مدیریت برنامه سایوز در حال حاضر بر عهده سازمان فضایی روسیه است یاد اوری شود که سایوز از 3 بخش درست شده که محموله موتور و مکان فضانورد ها میباشد.

پرتاب
سایوز دارای سه بخش اصلی است اما در مدل نو آن ( معرفی شده در سال 2000) میتواند با استفاده از یک مدارگرد جداگانه که سوار فضاپیما سایوز و یا ماهواره که توسط راکت سایوز حمل میشود، به مرحله جهارم در نتیجه به تمامی مدار های زمین دسترسی داشته باشد. مرحله (stage) اول سایوز شامل سوختن پیشرانش ها (booster) به همراه بخش مرکزی (Core) میشود. معمولا پس از 118 ثانیه بوستر ها خاموش و توسط ونت (vent) های اکسیژن از راکت جدا میشوند. چند ثانیه پیش از این، برج فرار (escape tower ) که وظیفه نجات فضانوزدان در ارتفاع پائین را دارد، از راکت جدا شده است. سپس راکت با بخش مرکزی برای حدود 127 ثانیه (290 از پرتاب) ادامه میدهد و در این نقطه بخش مرکزی یا مرحله دوم از راکت جدا میشود.موتور بخش سوم یک تا دو ثانیه پیش از جداشدن بخش دوم روشن شده تا کمکی برای جدا شدن این قسمت باشد - بسته به ارتفاع بالا راکت، سرعت بالای آن و عدم وجود یک اتمسفر قوی که اصظحکاک آن بخش دوم را کند کند، روشن شدن موتور پیش از جداسازی مهم است - بخش سوم بسته به اینکه ماموریت پرتاب چیست، یا ماهوراه را در سرعت و مدار انتهایی قرار میدهد یا فضاپیمایی که کیهان نوردان را حمل میکند را در مداری که پیش از الحاق با ایستگاه فضایی جای میدهد؛ در سناریو الحاق به ایستگاه فضایی، خود فضاپیما اخرین تغییرات در مدار خود برای ملاقات با ایستگاه را با استفاده از موتور سوخت مایع در پشت گردونه سرویس انجام میدهد؛ امکان استفاده از این موتور برای الحاق نیست و کنترل وسیله با موتور های پیشران جو (ACR) انجام میشود.

فرود
پس از جداسازی از ایستگاه کیهانی جهانی، کیهانپیما سایوز سه گردونه خود را از هم جدا میکند. دو گردونه سرویس و مدار در به جو سقوط کرده و میسوزند و یا در موارد نادر در مدار باقی میمانند؛ گردونه فرود که کیهان نوردان در آن قرار دارند در طی یک کاهش ارتفاع کنترل شده از جو گذشته و در ارتفاع و سرعت معین چتر خود را بازمیکند، آخرین مرحله، موتور های موشک کوچکی سرعت فضاپیما را در سه متری سطح کم میکنند. دریچه (hatch) از بیرون باز شده و کیهان نوردان از سفینه خارج میشوند

گردونهٔ مداری یا مسکونی در جلوی فضاپیما واقع شده‌است و با نام مخفف BO (به روسی: Бытовой Отсек) شناخته می‌شود. ابزارآلاتی مانند وسایل آزمایشی، دوربین‌ها، دستگاه‌های مخابراتی، بار، دستگاه‌های اتصال فضایی، دستشویی فضاپیما، و سایر دستگاه‌هایی که برای مرحله بازگشت و فرود سایوز ضروری نیستند در این بخش جاسازی شده‌اند. در گونه‌های جدید سایوز، پنجره کوچکی نیز در این گردونه تعبیه شده که دید بهتری از جلوی فضاپیما برای فضانوردان فراهم می‌کند.[۴]

فضانوردان می‌توانند با بستن دریچه بین گردونه مداری و گردونه بازگشتی، این دو بخش را از هم کاملاً جدا کنند. به این ترتیب هنگام انجام راهپیمایی فضایی می‌توان از بخش مداری به عنوان محفظه هوایی استفاده کرد، بدون اینکه مزاحمتی برای فضانوردانی که در گردونهٔ بازگشتی نشسته‌اند پیش آید.

در بیشتر مدل‌های سایوز، سخت‌افزار اتصال و آنتن اصلی جلوی این بخش کار گذاشته می‌شود.

گردونهٔ بازگشتی یا گردونهٔ فرود سایوز در میان گردونه‌های مداری و سرویس قرار دارد و با نام مخفف SA (به روسی: Спускаемый Аппарат) شناخته می‌شود. این تنها گردونهٔ سایوز است که به زمین باز می‌گرد.[۵] ادوات هدایت فضاپیما در این بخش قرار دارند و فضانوردان از این قسمت می‌توانند فضاپیما را کنترل و خلبانی کنند. سرنشینان هنگام پرتاب سایوز به فضا و هنگام بازگشت آن به زمین در گردونهٔ بازگشتی مستقر می‌شوند. برای بازگشت به زمین، این بخش از دو قسمت دیگر سایوز جدا شده و به تنهایی وارد جو زمین می‌شود. برای مقابله با حرارت شدید ناشی از اصطکاک با اتمسفر، سازه گردونهٔ بازگشتی سایوز با چندین لایه مواد مقاوم در برابر حرارت پوشیده شده‌است.

سیستم پشتیبانی زیست سایوز در گردونهٔ بازگشتی نصب شده‌است. یک دستگاه پیرابین(پریسکوپ) امکان مشاهده جلوی فضاپیما و همچنین سطح زمین را برای فضانوردان فراهم می‌کند.[۵]

هنگام بازگشت، نخست اصطکاک با اتمسفر سرعت ورود گردونهٔ فرود را کاهش می‌دهد. سپس، چتر ترمز سرعت را باز هم کاهش داده، در نهایت چتر نجات اصلی باز می‌شود. در فاصله بسیار کمی از سطح زمین، موتورهای ترمز ویژه‌ای که با سوخت جامد کار می‌کنند وارد عمل می‌شوند و گردونهٔ بازگشتی را با سرنشینانش با آرامی روی زمین فرود می‌آورند.

گردونهٔ سرویس سایوز در انتهای فضاپیما قرار دارد و با نام رسمی «گردونهٔ دستگاه‌ها و پیشرانه» و مخفف PAO (به روسی: Приборно-Агрегатный Отсек) شناخته می‌شود. این بخش از ۲ محفظه تشکیل شده‌است:[۶]

محفظه دستگاه‌ها (PO): شامل دستگاه‌های کنترل دما، نیروی الکتریکی، ارتباطات رادیویی دوربرد، و دستگاه‌های کنترل پرواز.
محفظه پیشرانه (AO): شامل موتور اصلی، و سیستم‌های پیشرانه‌ای است که برای حرکت و مانور در مدار زمین و آماده‌سازی فضاپیما برای بازگشت به زمین بکار می‌روند.
در سطح خارجی گردونهٔ سرویس، دو صفحه انرژی خورشیدی نصب شده‌اند. در طول پرواز مداری، انرژی خورشیدی منبع اصلی انرژی برای دستگاه‌ها و ابزار درون فضاپیما است.[۶] هرکدام از این صفحات از چهار قسمت تشکیل شده‌اند که در هنگام پرتاب به صورت تا شده روی هم قرار دارند. پس از قرار گرفتن سایوز در مدار، صفحات باز شده و آغاز به کار می‌کنند. سیستم ناوبری سایوز، چرخش فضاپیما را حول محور خود به‌طور خودکار تنظیم می‌کند به نحوی که صفحات خورشیدی بیشترین میزان نور از خورشید دریافت کنند.