為了在軌道上施放所攜帶的有效載荷或回收軌道上運行的有效載荷，艙內設有一或二個自動操作的遙控機械手和電視裝置。機械手是一根很細的長杆，在地麵上它幾乎不能承受自身的重量，但是在失重條件下的宇宙空間，卻可以迅速而靈活地載卸10t多的有效載荷。
航天飛機中段機身除了提供貨艙結構之外，也是前、後段機身的承載結構。
航天飛機的後段比較複雜，主要裝有三台主發動機，尾段還裝有兩台軌道機動發動機和反作用控製係統。在主發動機熄火後，軌道機動發動機為航天飛機提供進入軌道、進行變軌機動和對接機動飛行以及返回時脫離軌道所需要的推力。
反作用控製係統用來保持航天飛機的飛行穩定和姿態變換。除了動力裝置係統之外，尾段還有升降副翼、襟翼、垂直尾翼、方向舵和減速板等氣動控製部件。
航天飛機主發動機
航天飛機主發動機是航天飛機的重要部件，它與固體燃料火箭助推器聯接在一起的三個主發動機在最初上升階段為軌道飛行器提供推力，使之脫離地球引力。在發射後，主發動機繼續運作85分鍾左右，這段期間是航天飛機用動力推動飛行。
在航天飛機加速時，主發動機會燃燒掉50萬加侖的液態推進劑，這些推進劑由巨大的橙色外掛燃料箱提供，主發動機燃燒液氫和液氧，而液氫是世界上第二最冷的液體，溫度在零下華氏423度（攝氏零下2528度）。當固體燃料火箭被拋開後，主發動機提供的推力將航天飛機的速度在6分鍾裏從每小時4828千米提高到每小時27358千米以上並進入飛行軌道。
發動機一開始排放的是氫和氧合成的水汽。主發動機在分階段燃燒周期內使用高能推進劑產生推力，推進劑的一部分在雙重預燒器裏消耗掉，產生高壓熱氣，推動渦輪泵。燃燒是在主燃燒室完成的，主發動機燃燒室裏的溫度可達到華氏6000度（攝氏33156度）。每個航天飛機的主發動機使用的液氧/液氫比例是6比1，產生水平推力179097千克、垂直推力213188千克。
發動機產生的推力可在65%至109%的範圍內調節，這樣，點火發動和初始上升階段可以有更大的推力，而在最後的上升階段減少推力，將加速度限製在3克以下。在上升階段，發動機的萬向接頭（平衡架）可提供傾斜、偏航和滾動控製。
飛行原理
航天飛機由軌道飛行器、固體火箭助推器和外掛貯箱３大部分組成，航天飛機起飛的動力源自兩台巨大的集束式助推器和３台液體推進劑。在這些起飛動力裝置中，中心部分是一個外形像一架三角翼滑翔機的軌道飛行器，它垂直發射，是航天飛機飛行時必不可少的配件，它在進入地球大氣層後像普通飛機那樣下滑著陸。
航天飛機在起飛時，利用外掛貯箱內的液氫推進劑作為主發動機的動力，貯箱隨著推進劑的使用完畢而投棄，另外，航天飛機還依據軌道飛行器順利飛行；一般情況下，航天飛機的軌道飛行器可使用次數在100次以上，它有一個巨大的貨倉，可以作為衛星及其他材料的存儲點；大規模的太空作業時，還可將外掛貯箱帶入軌道，作為航天站的核心部分。
飛行高度在1000千米以下是航天飛機近地軌道的飛行高度，向國際空間站運送宇航員和各種建設用部件和補養是目前航天飛機的主要任務，因為航天飛機的運載能力比較大，所以航天飛機往往采用多級組合形式，在需要高軌道運行有效載荷的時候，還可以由航天飛機將其送上近地軌道後再從這個軌道發射，使其進入高軌道，以完成最終任務。
美國航天飛機介紹
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，首次載人用飛機背上天空試飛，參加試飛的是宇航員海斯和富勒頓兩人。8月12日，載人在飛機上飛行試驗圓滿完成。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。
其他國家航天飛機計劃。
蘇俄航天飛機
1988年11月16日莫斯科時間清晨6時整，蘇聯的暴風雪號航天飛機從拜科努爾航天中心首次發射升空，47分鍾後進入距地麵250千米的圓形軌道。它繞地球飛行兩圈，在太空遨遊3小時後，按預定計劃於9時25分安全返航，準確降落在離發射地點12千米外的混凝土跑道上，完成了一次無人駕駛的試驗飛行。
暴風雪號航天飛機大小與普通大型客機相差無幾，外形同美國航天飛機極其相仿，機翼呈三角形。機長36米，高16米，翼展24米，機身直徑56米，起飛重量105噸，返回後著陸重量為82噸。它有一個長183米，直徑47米的大型貨艙，能將30噸貨物送上近地軌道，將20噸貨物運回地麵。頭部有一容積70立方米的乘員座艙，可乘10人。