“天空實驗室”每天繞地球約15圈半，為人類觀察、研究地球提供了大量的第一手資料。宇航員在天上進行太空行走，記錄了肆虐的龍卷風，拍攝了核武器爆炸的雲團，看見了一座座龐大輝煌城市的夜景，也看見了人類破壞大自然的慘狀。
最麻煩的實驗室
1973年5月25日13時整，第一艘飛往“天空實驗室”的“天空實驗室-1”號飛船升空，執行一項最緊迫的任務：修理空間站。由於“天空實驗室”的太陽與隕石防護盾牌和一塊太陽能帆板在發射過程中撕裂了，剩下的太陽能帆板受到幹擾。如果沒有防護盾牌屏蔽，“天空實驗室”在灼熱的陽光下烘烤，空間站內在高溫下會釋放出有毒物質，損壞攝影攝像設備、膠片磁帶和儲存的食品。指令長克爾溫、飛行員康拉德和任務工程師魏茨領命出發。他們必須加快工作速度。
宇航員經過一次失敗後，還是修好了卡住的太陽能帆板，用一把大“陽傘”作為替代，為“天空實驗室”遮陽。經過修複，“天空實驗室”裏麵的溫度降至宇航員可以進入的溫度。兩個星期後，康拉德和克爾溫進行了太空行走，經過艱苦努力，太陽能帆板能夠挺立和自由轉動了，電力開始輸入他們新的“家”。“天空實驗室”空間站可以說是最麻煩的實驗室，從一升空就故障不斷，維修不斷。
宇航員們報告說，食品很好吃，但略微平淡了點。他們更願意使用更多的調味品，以提高食物的味道。食品消費的數量和種類受到嚴格控製，出於醫學和健康的考慮，鹽的使用量也受到限製。
他們在近1個月的時間裏，進一步維修空間站，進行醫學實驗，收集太陽和地球科學數據，拍攝了392小時的膠片和29000張照片。宇航員在“天空實驗室-1”號飛船生活工作了28天，飛行了1850萬千米，兩人3次太空行走，各5小時41分，打破了美國載人航天飛行紀錄。1973年6月22日13時49分48秒，“天空實驗室-1”號飛船返回艙濺落在距搜救船“提康德羅加”號軍艦9.6千米的太平洋。“天空實驗室-1”號飛船創造了當時載人航天飛行的最長紀錄——最長飛行距離和最長太空對接。
最聰明的實驗室
“天空實驗室”彙集了人類最先進的科研儀器和技術。科學家稱它為最聰明的實驗室。為了研究太空飛行給人類造成的影響、太空醫學、太空生命特性和驗證“天空實驗室”的科學性，第二支科考隊出發了。
“天空實驗室-2”號飛船於1973年7月28日11時10分50秒發射。飛船運行在近地點423千米，遠地點441千米，軌道周期93.2分鍾，軌道傾角50°的低軌道飛行59天11小時9分1秒。指令長歐文·加裏奧特，飛行員傑克·洛斯馬和任務工程師鮑爾安在“天空實驗室”空間站為期1084.7小時，進行了醫學、太陽觀測、地球資源和其他領域的科學實驗。
由於空間站反應控製係統發生泄漏，宇航員第一個任務就是堵漏。兩位宇航員進行3次太空行走，各13小時43分。第一次太空行走，安裝了雙杆天棚，為防止微小流星體破壞設置的屏障，給空間站安裝遮陽傘。
宇航員開展全麵的太空醫學實驗研究計劃，收集宇航員的空間生理和延長太空飛行任務的數據。如腿部力量測量，立體透視等。在宇宙空間飛行中，宇航員容易患“浮腫臉綜合症”。宇航員在飛行中，測量軀幹和四肢圍度，收集更多的數據，包括麵部照片、動脈血液流量、血紅蛋白、尿比重、尿量等。在飛行途中，研究“浮腫臉綜合症”更能揭示太空病的起因和病理。醫學儀器將測試身體流體分布與液體平衡，以獲得更多流體轉移信息。
“天空實驗室”通過收集宇航員的身體數據評估健康狀況、牙齒保健、環境和微生物學、宇宙輻射等。其他評估針對宇航員操縱設備、居住、活動、維修、實驗研究等，以便更好地了解在太空中生活和工作的各個方麵。
宇航員們在“天空實驗室”研究微重力對小鼠的影響，果蠅、單個細胞和細胞的培養。研究人體肺細胞在微重力環境下培養的生化特性。兩個動物實驗很有趣，觀察小白鼠和醋蟲晝夜節律。後來由於電力故障，造成動物死亡，這兩個實驗沒成功。