航天飛機是可以重複使用的、往返於地球表麵和近地軌道之間運送人員和貨物的航天飛行器。它在軌道上運行時，可在機載有效載荷和乘員的配合下完成多種任務。航天飛機通常設計成火箭推進的飛機，返回地麵時能像滑翔飛機或飛機那樣下滑和著陸。航天飛機是人類自由進出太空的很好的工具，是航天史上的一個重要裏程碑。
1969年4月，美國宇航局提出建造一種可重複使用的航天運載工具的計劃。1972年1月，美國正式把研製航天飛機空間運輸係統列入計劃，確定了航天飛機的設計方案，即由可回收重複使用的固體火箭助推器，不回收的兩個外掛燃料貯箱和可多次使用的軌道器三個部分組成。經過5年時間，1977年2月研製出一架“創業”號航天飛機軌道器，由波音747飛機馱著進行了機載試驗。1977年6月18日，首次用飛機機載飛上天空進行載人試飛，參加試飛的是宇航員海斯（C·F·Haise）和富勒頓（G·Fullerton）兩人。8月12日在飛機上進行的載人飛行試驗圓滿完成。又經過4年，第一架載人航天飛機終於出現在太空舞台，這是航天技術發展史上的又一個裏程碑。
1981年4月12日，世界上第一架實用的航天飛機“哥倫比亞”號實現了人們期待已久的處女航。
“哥倫比亞”號由1個軌道器、1個外儲箱和2個固體火箭助推器組成。航天飛機分前、中、後三段，前段是與大氣壓力相同的駕駛艙和生活艙，有4個座位，一般可乘3—7人，在軌道上可持續工作7—30天。座艙的底甲板下有廚房、進餐間、儲藏室、衛生間、密封艙。機身中段有一個貨艙，可載人、衛星、科學儀器、航天武器和用於在空間抓裝貨物的遙控機械手等，可載貨30噸。機身後段裝有3台主發動機和保證航天飛機機動飛行、保持穩定、姿態變換和反推控製的動力係統。航天飛機的機腹下是兩台固體助推器和一個外儲箱。外儲箱用於儲存液氫和液氧推進劑並向主發動機輸送推進劑，加注推進劑後質量740噸，當燃料用完後，外儲箱自行脫落，在大氣中燒毀。固體火箭推進器為航天飛機在垂直起飛和飛出大氣層的過程中提供78%的推力。整個機身覆蓋有30000多塊耐熱性能極高的防熱瓦，可耐高溫1000-2000℃，保證防護機身往返飛行100次而不被高熱侵蝕磨損。在首航發射後不久，機身尾部脫落了幾塊防熱瓦，但並未造成嚴重後果。“哥倫比亞”號初航的成功，是航天技術上的一個重大突破，比起人類首次登月來說是更偉大的創舉，甚至是“更偉大的裏程碑”。
“哥倫比亞”號航天飛機是融運載火箭、載人飛船和飛機三種運載工具的功能為一體的一種航天工具。它像火箭那樣垂直起飛，既能在大氣層內飛行，又能在大氣層外飛行，還能把人造衛星等物品送入預定軌道；能夠在空間軌道上進行多次機動飛行，以完成交會、捕捉等任務；它能像飛機那樣在大氣中滑翔，在跑道上著陸；它能處理飛行過程中出現的各種故障，有較高的安全飛行能力。航天飛機的用途很廣，可以從事各種軍事偵察、監視、竊取情報以及通信聯絡、指揮、導航等活動；可以摧毀對方的間諜衛星和其他軌道飛行器，甚至摧毀地麵戰略目標；還可從事科研工作。