轨道飞行器是集火箭，卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。它的结构主要由三大部分组成。

①轨道飞行器，包括三副引擎火箭、驾驶员舱、乘务员舱和载货舱。

②用作提供推进的外贮箱。

③火箭助推器，共有两枚，使用固体燃料。航天飞机的主要用处是空间运输、卫星服务，它可以靠近其他航天器，为其输送物品及修理等服务项目。还可以进行星际观测，军事、地理观察及拍照。由于其本身体积较大（高20多米，长50多米），也可以做为大型空间建筑。

航天飞机起飞时可以像火箭那样垂直发射，在运行过程中，为了减轻负担，可以把工作完毕后的固体燃料火箭助推器和推进外贮箱抛掉。航天飞机的主要机械在返回地面后经过整修还可以继续使用。

轨道飞行器既是这套太空运输系统的大脑，又是心脏，这个飞行器与一架DC-9飞机的大小和重量差不多，包括加压乘员舱(通常可以乘载7名宇航员)、巨大的货舱以及安装在其尾部的三个主发动机。

驾驶舱、生活舱和实验操作站在机身的前部，货物放在机身中部的有效载荷舱里，而轨道器的主发动机和机动推进器则在机身尾部。

机身前部：驾驶舱、生活舱和实验操作站在机身前部，这一部分有一个加压的乘员舱，并为机头部分、前起落架和前起落架轮舱和门提供支持。

乘员舱：乘员舱的空间为65.8立方米，在轨道器的前部。它由三部分组成，分别是加压的工作间、生活间和储存间。由驾驶舱、中舱/设备舱和一个气密过渡通道组成。在乘员舱后舱壁外面的有效载荷舱里，可以安装一个对接舱和一个有接头的转移通道，以方面对接、乘员进入实验室和到舱外活动。两层的乘员舱前部有一个驾驶舱，机长的座位在驾驶舱的左边，飞行员的座位在右边。

驾驶舱：驾驶舱通常设计成驾驶员/副驾驶员都可操作模式，这样在任何一个座位上都可以驾驶轨道器，也可以执行单个人的紧急返回任务。每个座位上都有手动飞行控制器，包括旋转和转换驾驶杆、方向舵踏板和减速板控制器。驾驶舱里可以坐4个人。轨道显示器和控制器在驾驶舱/乘员舱的尾部，左边的轨道显示器和控制器是用来操纵轨道飞行器的，右边的轨道显示器和控制器是用来操纵有效载荷的。在驾驶舱里共有2020多个分散的显示器和控制器。

在驾驶舱上层有6块耐压挡风玻璃、两个顶部窗子和两个后视的有效载荷舱窗，乘员舱的中央部分或层舱里的乘员进出舱口上也有一个窗子。

中舱：中舱有为4个乘员睡眠室准备的物资和储藏设施，中舱还存有氢氧化锂单人救生器呼吸袋和其它装置、废物管理系统、个人

卫生间和工作桌/餐桌。 　一般情况下，中舱最大乘员数是7人。中舱可以经过改造储存和睡眠供应设施增加3个救援座椅。而救援座椅可以调节，将救援的乘员人数从3人增加到最多7人。

气密过渡通道：气密过渡通道为太空行走提供通道，可以安装在下列位置的任何一个位置：中舱区里的轨道飞行器乘员舱里面，而中舱区在后舱壁；安装在舱壁上或者通道接头上部的机舱外面的通道接头可以把加压的太空实验室舱与轨道飞行器舱联结在一起。对接舱也可以充当太空行走的气密过渡通道。

气密过渡通道里有两套太空服，可以支持两次6个小时的太空行走任务和一次意外或者紧急太空舱外活动，还可以提供机动支援，比如扶手，让宇航员执行各种任务。气密过渡舱有两个宇航员房间可供换太空服用。

机身中部：除了构成轨道飞行器的有效载荷舱外，机身中部还要支撑有效载荷舱门、铰链和固定配件、前机翼前缘凸齿以及大量轨道飞行器系统组件。每个有效载荷舱门支撑4个散热器面板，当这些门打开时，倾斜的散热器就会松开，移动到合适位置，这可以让热量从各面板的两侧散发出去，反之，4个舱尾散热器面板将只能从上部散发热量。有一些有效载荷可能不会直接与轨道飞行器联结，但有效载荷载体却会被连接到轨道飞行器上。具有惯性的上段、加压舱或者任何承载有效载荷的特别托架都是典型的载体。

遥控

操作系统是一个15.2米长的有关节的机械臂，可以在轨道飞行器的驾驶舱里对其进行遥控。机械臂的“肘”和“腕”关节可以活动，可以抓住有效载荷将其从有效载荷舱里取出来送到合适地点，或者将有效载荷回收进舱里，保证安全返回地球。机械臂外侧终端附近的一个电视摄像机和照明设施可以让操作员在电视监视器上看到他的手正在做什么。另外，有效载荷舱的每一侧都安装3个照明灯。 　机身尾部：机身尾部包含左右轨道操纵系统、航天飞机主发动机、机身襟翼、垂直尾翼和轨道飞行器/外燃料箱的后部配件。前舱壁将机身尾部与中部隔开，舱壁的上层部分联接在垂直尾翼上，内部承受推力结构支持航天飞机的三个主发动机、低压涡轮泵和推进剂输送管。