Es denomina nau generacional o arca interestel·lar a una nau espacial hipotètica que viatja a través de grans distàncies entre estrelles a una velocitat molt menor que la velocitat de la llum (vegeu viatges interestel·lars). Les diferents geometries possibles per a les naus, podrien correspondre amb formes com l’Esfera de Bernal, el Toro de Stanford o el conegut com Cilindre d’O’Neill, proposta en la seva obra de 1977 Ciutats de l’Espai (il·lustracions).
Ja que aquesta nau podria emprar des d’uns cent anys fins a centenars o desenes de milers d’anys en arribar a un estel proper, els viatgers o habitants inicials podrien envellir o morir durant el trajecte, deixant que els seus descendents continuessin el viatge, depenent de la esperança de vida dels seus habitants i dels efectes relativistes de dilatació de el temps.
s’estima que, a fi d’assegurar diversitat genètica durant un viatge de segles de durada, una nau generacional requeriria a el menys entre 150 i 180 habitants. L’ús de bancs d’esperma pot reduir aquest número. A més, la nau hauria de ser gairebé completament autònoma (vegeu biosfera i sistema de suport vital), proporcionant menjar, aire i aigua per a tots els de bord. Això comporta tenir sistemes extraordinàriament fiables que puguin ser mantinguts pels habitants de la nau durant llargs períodes de temps.
S’ha suggerit la possibilitat de crear grans hàbitats espacials autosuficients abans d’enviar naus generacionals cap a altres estrelles. Cada hàbitat espacial podria ser aïllat eficaçment de la resta de la humanitat durant un segle o més, però alhora romandre suficientment proper a la Terra per poder rebre ajuda en cas de necessitat. Això provaria si un grup de població pot sobreviure només abans de ser enviat més enllà de l’abast d’una possible ajuda.
S’ha comparat la vida en un planeta amb la vida en naus generacionals; aquesta idea és generalment coneguda com Nau espacial Terra.