航天飛機可以把衛星送入預定的地球軌道或是把需要回收的衛星從軌道上取下來，帶回地麵。在軌道上，它能對航天器進行檢查、維修，使其延長使用壽命，甚至對敵人的軍用衛星進行攔截、破壞或摘除。它還可以為天上的航天站運送物資，營救遇難的宇航員或為航天器添加推進劑等。
1981年4月12日，第一架航天飛機“哥倫比亞”號起飛，成功地返回地麵，結束了人類隻能把航天器扔在太空的一次性使用方式的曆史。1982年11月11日，航天飛機首次進行商業性飛行，“哥倫比亞”號航天飛機將兩顆通訊衛星送入地球靜止軌道。1983年歐洲“空間實驗室”航天站就是由美國航天飛機帶到太空去的。在“哥倫比亞”號之後，“挑戰者”號、“發現”號、“亞特蘭蒂斯”號相繼飛行。從1981年試飛到1986年1月“挑戰者”號失事，在這4年多的時間內，美國共進行了24次航天飛機的飛行，發放人造衛星30顆，回收3顆，空間修理兩次，攜帶航天站一座，還進行了各種太空試驗。使人類的太空事業進入了一個嶄新階段。
可航空又可航天的飛行器——空天飛機
空天飛機是一種正在研究的飛行器，它的全稱叫航空航天飛機。顧名思義，它既可航空，在大氣裏飛行；又可航天，在太空中飛行，是航空技術與航天技術高度結合的飛行器。
美國在1981年研製成功了航天飛機，成為航天發展史上的一個重要裏程碑。但是，航天飛機仍存在著許多不足，主要是維護複雜、費用昂貴和故障經常發生等。而空天飛機與航天飛機相比，則更多地具有飛機的優點。它的地麵設施簡單，維護使用方便，操作費用低，在普通的大型機場上就能水平起飛和降落，就連它的外形也酷似大型客機。它以液氫為燃料，在大氣層內飛行時，充分利用大氣中的氧氣。加之它可以上萬次地重複使用，真正實現了高效能和低費用。
美國預研中的新一代空天飛機研製空天飛機最大的關鍵技術是動力裝置。它的動力裝置必須能在極廣的範圍內工作，即從起飛時速度為零，到進入太空軌道時的超高速度範圍內都能正常運行。這就要求它的動力裝置具有兩種功能：一是火箭發動機的功能，用於大氣層外的推進；另一就是吸氣式發動機的功能，用於大氣層內的推進。吸氣式發動機工作時，利用衝壓作用對空氣進行壓縮液化，為其提供液氧燃料。
可以預料，空天飛機一旦研製成功，航天飛機將會被它完全代替，而地球上任何兩個城市間的飛行時間都不會超過2小時，速度有多快可想而知。
1986年2月，美國前總統裏根在國情谘文中正式宣布了研製一種代號為“新東方快車”的空天飛機，其速度可達音速的25倍。空天飛機在起飛開始時靠空氣渦輪衝壓發動機提供推進動力，它利用空氣中的氧與機上攜帶的氫產生所需的動力，起飛達到6倍音速後則開始使用超聲速燃燒衝壓發動機，它也是用空氣中的氧與攜帶的氫提供動力，但由於速度的快速增大，所以工作運轉的技術難度也就更大。在飛過大氣層之後，空天飛機便依靠能在稀薄空氣和真空中工作的氫氧發動機。這種混合式推進係統的使用，顯然比火箭係統的發射重量大大地減輕了，所需攜帶的燃料也大幅度減少，除了在大氣層內使用的氫和穿過大氣層後使用數量已經較少的氫氧火箭燃料外，整個空天飛機是完全可以重複使用的。它的實現，將會使人類在地球與太空間來往自如，猶如太空列車，在地球和太空站之間來往對開。