스페이스 콜로니의 디자인에 있어서 가장 중요한 문제로는 인류가 장기간 거주하는데 불편이 없을 만한 "중력"을 발생시키는 것이다. 따라서 보통 원심력을 이용한 인공중력을 고려하여, 회전시키기에 무리가 없는 디자인을 구상한다.
소유즈 우주선이 원심력으로 인공중력을 발생시키는 것을 실험한 적이 있다.
미국 아리조나에서 행해진 바이오스피어 2 실험은 이 스페이스 콜로니와 같이 어떤 인공적 개입 없이 지속적으로 순환 가능한 폐쇄 생태계를 구현하려는 실험이었다.
흔히 3가지 형태가 제시되고 있다.
1. Stanford Torus
훌라후프와 같은 도넛 형태의 거주공간을 회전시켜 인공 중력을 발생시키는 것. 빛과 에너지는 중심선에서 외부로 공급해준다. 초창기 SF물에서 자주 등장한다. island-2 로도 불리는 타입.
헤일로 시리즈의 헤일로가 이 형태다. 사이즈상 헤일로는 이미 링 월드에 가깝지만.
2. O'Neill Cylinder
물리학자 제랄드 오닐이란 사람이 처음 제안했다고 한다. island-3 라고도 불린다.
형태는 거대한 원통형으로, 원통의 중심축을 기준으로 회전하게 되며 외부로 향하는 유리창으로 태양열을 공급받는다. 그 주위에는 태양의 반사광을 콜로니 내부로 전달하는 반사경이 설치되어 있다.
Bernal Sphere를 응용해서 만든 폐쇄식도 있다.(중심축 주변에 인공태양을 설치. 완전 밀폐식)
기동전사 건담 시리즈에 등장하게 되면서 아주 유명하고 일반적으로 알려진 스페이스 콜로니 형태가 되었다. 유리창이 있는 것(대부분의 콜로니들. 창은 '강'이라 불리며 다리가 가로지른다)과 폐쇄식(기동전사 건담UC. 해가 밝아 오는 것과 중앙의 무중력 상태도 함께 묘사되었다.) 모두 등장했다.
베르나르 베르베르의 소설 빠삐용의 주 무대가 되는 우주이민선 빠삐용도 폐쇄식 오닐 실린더 구조를 갖고 있다.
3. Bernal Sphere
1929년에 존 데스몬드 베르날 박사가 디자인한 영구거주 목적의 우주식민지다. 구체형으로 역시 회전하여 원심력으로 가상 중력을 얻는다. 중심부에 있는 광원으로부터 빛을 공급받는다.
이 형태의 문제점은 Stanford Torus나 O'Neill Cylinder와는 달리 내부의 중력이 일정하지 않아서 공간활용률이 떨어진다는 점이다. 구조상 구 내부의 적도에서는 중력이 커지고, 극지역으로 갈수록 중력이 낮아진다. 저중력지대를 가질수 있다는 것은 이득으로 작용할 수도 있겠지만. 실린더형이라고 저중력지대를 가질수 없으리라는 법은 없다.
