航天飛機是太空望遠鏡的唯一運載工具，它主要承擔望遠鏡的發射入軌、在軌更換儀器設備與檢修以及回收等任務。跟蹤和數據中繼衛星是位居地球靜止軌道的通信衛星，由美國的“挑戰”號航天飛機發射入軌，它在太空望遠鏡係統中承擔著信息的中轉傳輸任務，即把望遠鏡觀測得到的數據轉發給地麵，並把地球站對望遠鏡的跟蹤和遙控信息轉發給太空望遠鏡。太空望遠鏡係統所需的兩顆跟蹤和數據中繼衛星已由美國的航天飛機於20世紀80年代中、後期發射入軌，分別定位在西經41度和170度赤道上空。這兩顆衛星與一個地球測控站組網，能使哈勃太空望遠鏡在其運行的85％時間與地麵保持聯係。
美國宇航局哥達德太空飛行中心內的太空望遠鏡操作控製中心，控製著哈勃太空望遠鏡環繞地球運行、觀測準備和探索宇宙的具體工作。首先要打開望遠鏡的太陽能電池板，以便為鏡上各係統正常工作提供必要的能源。倘若太陽能電池遙控展開失敗，則可由航天飛機上的宇航員去用手動搖杆將其打開；如果望遠鏡由於某種原因不能使用，還可把它重新放回航天飛機貨艙，帶回地麵檢修。如果望遠鏡的各部分工作正常，整個太空望遠鏡係統就可開始聯網運轉，太空望遠鏡可將其觀測到的大量信息，源源不斷地通過一個跟蹤和數據中繼衛星適時傳輸給地球站。
5月20日，哈勃太空望遠鏡首次睜開它的電子眼觀察宇宙，拍攝了具有曆史意義的第一張太空照片。
在當天的格林尼治時間15時12分，哈勃太空望遠鏡運行到新幾內亞查亞普拉上空時，廣角行星攝像機啟動1秒鍾，拍攝了首張黑白照片。隨後攝像機快門再次啟動，曝光30秒，拍攝了第二張照片；第一張照片拍攝的是銀河係中的NG3532星團，它距離地球約1260光年，是一個很難區別的星群；第二張拍攝的是太陽，這兩張照片先是存儲在磁帶上，兩個多小時後轉發到地麵。
哈勃太空望遠鏡的第一批圖像經過計算機處理，比原來預料的清晰度高2～3倍；雖然顯示有幾十個太陽的第二張照片，圖像稍微拉長了，但在沒有完成望遠鏡光學係統調焦的情況下，得到這樣的照片，其質量比原來預料的還要好。
哈勃太空望遠鏡的軌運行周期為97分鍾，即每隔97分鍾繞地球運行一圈，一天之內日出日沒達15次，進出地球陰影區15次。
地球靜止軌道
地球靜止軌道又叫地球靜止同步軌道、地球同步轉移軌道，是指衛星或人造衛星垂直於地球赤道上方的正圓形地球同步軌道。由於在這個軌道上進行地球環繞運動的衛星或人造衛星始終位於地球表麵的同一位置，所以地表上的觀察者在任意時刻始終可以在天空的同一個位置觀察到它們，並會發現它們在天空中靜止不動。
射電望遠鏡
射電望遠鏡又稱無線電望遠鏡，它是20世紀40年代才發展起來的新型天文探測工具。射電望遠鏡與光學望遠鏡有很大的不同，它既沒有大炮式的鏡筒，射電望遠鏡也沒有物鏡、目鏡，它不是靠接受天體的光線，而是靠接受天體發射出來的無線電波，來進行天文觀測的。射電天文望遠鏡的形狀與雷達接收裝置非常相像。
射電單遠鏡最顯著的優點之一是不受天氣條件的限製，不管刮風下雨，無論是白天黑夜，都能進行觀測。它的探測能力比普通的光學望遠鏡要強得多。20世紀60年代天文學上的四大發現——脈衝星、類星體、星際有機分子、微波背景輻射，都是從射電望遠鏡中觀測到的。
為什麼射電望遠鏡能看到光學天文望遠鏡無法觀測到的許多宇宙秘密呢？我們知道，宇宙中的各種天體都能發出不同波長的輻射。而人眼隻能看到天體在可見光範圍（即波長在040~075微米之間）內的輻射情況，對可見光以外範圍（如γ射線、X射線、紫外線、紅外線及無線電波等）的輻射情況卻視而不見。射電望遠鏡就是接收和記錄各種天體在不同波段上輻射的各種信息，再根據天體物理理論，推算各類天體的有關物理情況，其中某些是光學望遠鏡難以測定的。有些天體在可見光波段的輻射並不明顯，但在無線電波段卻有很強的輻射，這時就隻有依靠射電望遠鏡才能進行接收觀測。此外，由於宇宙中存在著許多塵埃粒子，它們能擋住我們在可見光波段的視線，但對無線電波的阻擋卻較少，因此，射電望遠鏡能觀測到一些光學望遠鏡無法看到的天體。