21世紀に入ってからは、新たなスタイルで描かれたウルトラマンが登場しました。2001年に放送された「ウルトラマンコスモス」は、シリーズ35周年と円谷英二氏の生誕100周年を記念して作られた作品です。
テレビでの放送だけでなく、放送中または放送終了後に映画版が3作品つくられ、メディアミックス戦略がとられました。
キャッチコピーは「強さとやさしさを兼ね備えたウルトラマン」で、この通り彼は他のウルトラマンとは一風変わった戦い方をするのです。
作品の世界観としては怪獣保護をテーマにしており、主人公の春野ムサシの葛藤や宿敵・カオスヘッダーとの戦いを中心に描かれています。登場するウルトラマンコスモスはムサシと一体化して戦い、輝石が変化したコスモプラックを使って変身します。
コスモスの基本形態は、青を基調としたルナモードで、「優しさ」「慈愛」を体現する防御力・持久力に優れたモードです。
戦い方は太極拳のような動きで、相手を攻撃せずに敵の攻撃を受け流し、こぶしを握らず平手で怪獣を相手にするものです。
邪悪な敵と戦うときは、ルナモードからコロナモードへチェンジして、体の色が赤くなり、「強さ」を体現した戦い方を見せます。
最初は2つのモードで戦ってきましたが、カオスヘッダー・メビュートに敗れた際に光を失い、ムサシの「勇気」と金環日食の光で復活し、エクリプスモードにチェンジできるようになりました。
このモードはルナモード・コロナモードの両方の力を併せ持ち、「優しさ」と「強さ」と「勇気」を体現した姿になります。ただし、ルナモードからコロナモードを経てからチェンジしなければならないので、活動時間は約1分になります。
カオスダークネスとの最終対決では、ムサシが「カオスヘッダーも救いたい」という思いから、奇跡の輝くルナモード（ミラクルナモード）になったことがあります。
テレビ放送時は以上のモードが登場しましたが、映画版になるとスペースコロナモードとフューチャーモードも登場します。
スペースコロナモードは宇宙での活動スタイルで、スピード技に優れ、瞬間移動など気を駆使した超能力を生かせるスタイルです。
フューチャーモードは光量子空間に閉じ込められていたムサシが仲間たちの希望の心で復活した姿で、「優しさ」「強さ」「勇気」に「希望」を体現した最強のモードです。
映画版ではもう1人のウルトラマンであるウルトラマンジャスティスと対決・共闘しており、その際に2人が合体して「ウルトラマンレジェンド」という戦士にもなりました。
主要な光線技には、ルナモードではフルムーンレクトという光線技があり、凶暴化した相手の興奮抑制を目的に使われ、攻撃技ではありません。
コロナモードではブレージングウェーブやネイバスター光線が使用され、ブレージングウェーブは両手から超高熱火炎の圧殺波動を放ちます。
ネイバスター光線は両手に宇宙エネルギーを集中させて、L字型に腕を組んで放つ必殺光線で、多くの敵に対して使用しています。
エクリプスモードではコズミューム光線があり、「優しさ」「強さ」の両方を併せ持つ万能光線です。カオスヘッダーを倒すときに使う光線なので、カオス怪獣の中にいるカオスヘッダーだけを倒すこともできます。