（1）天体观测。“空间实验室”可以作为空间研究的试验和测量平台。它比高空探测火箭、地球卫星和空间探测器有更广阔的应用范围。因为它装载的设备多而大，设备又可以回收和、重复使用，成本低。另外科研人员可以跟随飞行，直接进行观测和实验。“空间实验室”上的科研人员可以持续地进行大气物理学、等离子体物理学、太阳物理学、天体物理学和天文学的研究，这将为开展宇宙和地球间相互关系的研究提供新的资料。“空间实验室”还可观测地面上难以观测的瞬变事件。如彗星和新星以及各种高能辐射。这对于自然界、天体起源和演化等课题的研究，关系十分密切。例如美国宇航员就曾在天空实验室上观察到太阳爆发最初瞬间的情形，从而使这个过程的许多悬而未决的问题得到了解释。又如天空实验室对恒星光谱、彗星的研究也取得了不少成果。天空实验室的太阳望远镜曾拍摄了18万张照片，这些照片大部分在地面的不可见光范围，展示了太阳表面和日冕的景象。对于这些，“空间实验室”可以继续深入地加以研究。在等离子体物理学的研究中，法国和挪威负责测量低能电子和带电粒子。在太阳物理学实验项目中，比利时负责测量太阳常数。法国和比利时共同制造了一台光栅质谱仪将研究高层大气成分。前西德准备利用激光来探测大气层，观察从红外到紫外范围的射线以及探测其他行星大气。法国提出研究中层（也称中圈，平流层顶以上到80～90千米的大气层）和热层（也称热圈，中层顶以上到枷千米的大气层）中的温度和风、电离层H和D区中的莱曼。辐射，以及研究与4微米波长之间的太阳光谱等。其他的研究项目还包括磁场、电场、微流星、星际尘埃，以及太阳风的形成及其对地磁场、地球大气层和电离层的影响。上述所有研究的最大特点是均不受大气的干扰。
（2）对地观测。“空间实验室”可以作为对地观测的工作平台。它犹如建立在宇宙空间的一台载人的自动化观测站，它在对地观测方面远比陆地卫星、海洋卫星和气象卫星等灵活和优越。这一方面是由于实验室中的观测仪器，由科研人员亲自操作，对地观测得更加详细；另一方面实验室可以装载像微波装置、激光及雷达装置，这类重型大功率的遥感仪器。仪器及所获得的数据同科研人员一起返回地面，无需中继传输，有助于仔细分析研究。如有仪器发生故障，科研人员可随时修复或更换相关组件。这都是无人的自动化卫星所不及的。“空间实验室”的对地观测任务主要着重于地球遥感、气象、通信和导航技术领域。它可以收集各种运输、城市规划、污染控制、农业、渔业、导航、天气预报和资源勘探方面的有用资料，从宇宙空间对地球进行观测和遥感，已成为勘查地球资源和研究气象的有效手段。因此，“空间实验室”可以为气象预报、天气分析、研究气候成因和气象演变等提供重要的依据。它可以用来试验新的气象观测方法和新型传感器。过去人类通过各种飞船和卫星曾发现了新的矿藏和油田，利用假彩色照像技术估计谷物等各类粮食产量，对地表的植被进行了研究，使地图的绘制变得更加精确，许多人迹罕至的山脉绘上了地图……“空间实验室”的使用将继续扩大这些技术领域的应用。
（3）医学、生物、生化实验。“空间实验室”作为科学研究和发展的实验室，还将进行空间医学、生物学和生化学的实验研究。处在失重条件下的生物，其新陈代谢有很大的变化，所以要继续在宇宙空间对人和其他生物进行生命科学的研究，这将增加人类对生命过程的认识。德国、法国、英国和瑞典合作将用空间雪撬研究失重条件下线性加速度对人耳前庭反作用的影响，研究宇航员眼睛对晃动的反应。另外将通过宇航员周身的静脉、胸内静脉压的测量、失重条件下淋巴结的增大、辐射对人体的影响等来研究人在失重条件下的重量鉴定。
德国、法国和美国将共同研究辐射对生物的影响。英国还将用微型磁纪录器，测录失重条件下的心电图、脑电图、眼动力图，并检查心血管的适应性和研究神经病理学等。
（4）研究空间工业生产技术。“空间实验室”可作为发展和研究空间加工生产技术的实验室。因为在宇宙空间进行工业生产可以利用这里独有的物理和操作条件，主要是失重和高真空环境。在这种特有的环境中，为发展新的加工工艺和制造新材料开辟了新天地。这是工业界最感兴趣的技术研究项目。因为它可能会取得巨大的应用和经济价值。在这样一个理想的真空环境中，对工业焊接、钎焊、熔焊、材料加工、高纯度大型晶体的生长、某些物质的分离、制造激光用的无容器污染的各种玻璃，重量轻并耐高温的新合金以及其他合成材料、化学和药物制剂的新发明等都具有特殊的作用。这些将对电子学、机械制造、光学、生物医学、材料制造和加工等科技领域具有不可估量的意义。
美国在“空间实验室”上曾做过金属熔化和凝固的实验，制造出了理想的金属球和新型合金，还做了晶体生长等半导体物理方面的实验。这些实验的成果有着广泛的实用价值。为此，欧洲的许多工业公司，对实际应用“空间实验室”进行这些实验的热情很高。例如德国的一个机械制造厂，期望利用“空间实验室”的失重环境创造浇铸高质量机械部件的方法，制造耐磨的高精度模件。各个相关的工业公司提出了多种领域的具体实验项目。如改进制造半导体材料方法，提高材料纯度及扩大应用范围，不仅要在空间生产尽可能大的晶体，而且要获得完善的品格和匀质结合的晶体，制造具有更好的电学、光学和机械性能的超纯材料……总之，空间实验室在工业生产上的应用范围广泛，不胜枚举。它将为人类的工业生产展现出一个崭新的前景。
“空间实验室”的乘员
“空间实验室”的乘员被称为有效载荷专家。他们都是科学家和工程师，而不是经过极严格训练的宇航员，对他们的要求只是身体健康，能够适应航天飞机的飞行。男女不限，最大年龄不超过50岁。他们一旦被选中来操作有效载荷，就由航宇局对他们进行训练。训练项目包括在失重条件下的活动，了解飞行任务的各项细节，紧急情况处理方法，飞机中的操作以及在轨道上例行的工作。
有效载荷专家的任务是进行实验操作，并用实验室中的计算机分析实验结果。科学家在空间工作有不可估量的好处，这是因为他们可以在实验进行的过程中进行操作管理，甚至能对实验结果及时作出评价。当轨道器舱外仪器平台上的设备需要照料，或者实验室本身出现故障时，身穿宇宙服的乘员就可以通过密闭室钻出舱外，检查所出现的问题并予排除。
“空间实验室”的未来
美国宇航局曾制订了一个使用“空间实验室？的十年规划。原规划中曾拟定了1980至1991年间的飞行计划。按照这个计划，“空间实验室”将进行226次飞行。不过，由于航天飞机轨道飞行时间的一再推迟，整个计划的安排做了相应的改变。
宇航局制定的“空间实验室”应用计划中，除了美国的许多实验项目外，还包括由其他用户提出的实验任务。这些任务均由宇航局统一规划和协调。“空间实验室”的美国应用计划中，第一批飞行实验项目里占有最重要地位的是携带大气物理实验设备，进行云物理的实验。
今天的气象学家虽然取得了很大的进展，但是还远不能准确无误地预报天气。准确的气象预报，必须深入地了解水滴和冰晶的生成过程以及电荷在其过程中的作用。也就是说，我们仍不能得到准确的天气预报，是因为我们看不到云在形成过程中的内部状况。
科学家们于很早以前，就一直力图研究分子、原子和初始烟雾状微粒的运动，以及这些微粒如何结合起来开始形成凝结状的。当这些微粒的集合体发展成为云滴时，至少要有100万个这样的云滴结合起来才能形成一个雨点，而是否会成为一个雨点取决于云滴表面的电、化学和空气动力的特性，以及其数量和密度。要准确地进行天气预报或者要改变天气，必须首先了解这些微物理过程。这些过程有许多已在地面宰验室中做过研究并取得了不少的成果。但遇到的最大问题是如何克服重力效应的技术困难。在地面实验云室中，由于重力的影响，雨点和雪花大小的粒子很快就掉进云室底部，而且由于云室四壁的干扰，产生了不必要的气流，以致用地面实验室的观，察结果与真正云的变化做比较时，影响了结论的正确性。为此，宇航局建议建立一座重力影响最小的新型研究系统，由马歇尔空间中心负责研制一个失重条件下的大气云物理实验室。这是一个长1.06米、高2.73米、宽0.76米、重量约470千克的设备。它能装载在“空间实验室”上进行多次使用，并能在各种情况下与其他设备连接。
科学家们对于将来能在新的实验室里，首次在无重力干扰的情况下研究云物理过程非常感兴趣。新的实验室里有一台无支撑的悬浮显微设备，云物理科学家们将能用显微镜确定云滴的特性及其他一些要素。如温度、冰晶的生成及电荷的形成等。有关冻结、溶化、碰撞、充电以及温度变化等过程，都可根据需要，反复多次地长时间地进行观察和照相。由于没有重力的影响，科研人员能比地面人员更真实地研究云形成的过程。这将有助于解释现在仍是未知数的有关云形成的机制。当人类掌握了这些知识，就能知道外部物质进入云层后，是如何改变云形成的自然过程。如果这些实验能够成功的话，预计在21世纪内狂风暴雨将得到控制。因为人们通过遥感技术，能确定出什么样的云适合播种，而不让那种可能产生暴风雨的云形成，甚至人们可以根据需要降雨，或把雨降到能控制水量的区域。云物理实验室的实验放在“空间实验室”的第三次飞行以及以后的多次飞行中。
马歇尔空间中心将负责准备、发射以及发射后的全部有关活动。
美国为了广泛地应用“空间实验室”，已决定单独购买第二个“空间实验室”，并已由宇航局向欧洲空间局正式定货。1980年1月30日欧洲空间局与原联邦德国艾诺宇航技术公司签定合同，把这项价值3亿多原联邦德国马克的定货交由主承包商艾诺公司。
经过五年半的研制，在1980年底，第一个“空间实验室”的工程模型，运抵卡纳维拉尔角的肯尼迪空间中心，以进行各种模拟试验。
原联邦德国的艾诺公司有400多名工程技术人员参加了第一代“空间实验室”的研制工作，并取得了一些研究经验。在制定第二代“空间实验室”研制计划中，增加了“空间实验室”飞行任务的能力，以便适应90年代空间站发展的需要并保持欧洲空间工业的竞争能力。
第二代“空间实验室”主要增加了动力装置和防热设备，使7～14天的飞行能力延长到30天以上，甚至到印天。在实验室里增添各种有效载荷的辅助装置，以进一步提高执行飞行任务的灵活性。
欧洲空间局关于“空间实验室”的80年代中期计划，包括实验选择、任务计划、有效载荷专家的选拔和训练以及把实验设备总装到“空间实验室”上等内容。可是，由于欧洲各国的经济状况的不景气以及“空间实验室”研制费用增长40％等因素的影响，致使欧洲空间局不得不修改“空间实验室”原来的使用计划。原计划是在首次与美宇航局联合飞行之后，欧洲再进行两次单独飞行，然后原联邦德国自己进行两次飞行。修改后的计划是在第一次联合飞行之后，原联邦德国只进行一次单独飞行，以便在250～400千米高的圆形轨道上完成微重力加速度条件下的试验。而欧洲空间局的两次单独飞行拟改用在美国“空间实验室”上进行。不过，“空间实验室”仍将是一个很有发展前途的空间实验系统。对“空间实验室”的远景规划，做了这样的设想：在80年代末期发展出载人的或自动化的自由飞行“空间实验室”。自由飞行“空间实验室”仍由航天飞机运送到地球轨道上，脱离开航天飞机能在轨道上停留30天以上。它可以最大限度地使用现有的设备和技术，在设计上满足用户的要求，既能延长飞行时间和增加实验的机会，又能增加航天飞机的飞行次数，不影响航天飞机的返回时间，这是一种很经济的途径。它的操作方式可以分为载人的和自动的两种。它具有能在轨道上活动，研制周期短，保养维护时间少等特点。但其体积要受到航天飞机货舱的限制，长不超过长18米长，直径不超过4.5米，重量不超过29吨。自由飞行的“空间实验室”可用于对地观测、材料研究、空间生产、通信和导航。在对地观测方面，这种自由飞行的“空间实验室”要比无人自动化卫星经济和优越得多。它可以观察野生生物、研究移栖习性，观察农作物的生长，及时发现农作物的病虫害，估计山上的积雪和雪水流量。测量水的贮藏量。在冬季监视北大西洋的航线；在飓风季节，对飓风可以进行连续印天的观察。对于一些天灾，如洪水、森林火灾、地震和暴风雨，可以做短期连续的严密监视。
“哥伦布”空间站
欧洲人并不满足于已试制出来的“空间实验室”，决心要拥有自己的真正空间站。1985年1月欧洲空间局在意大利首都罗马举行成员国部长级会议，讨论并决定了2000年前欧洲要研制出三种航天系统，即“竞技神”号小型航天飞机、“阿丽亚娜-5”型运载火箭和“哥伦布”（Columbus）空间站。
这个“哥伦布”空间站的方案是前西德和意大利首先提出来的，它的命名含义是为了纪念哥伦布发现新大陆500周年（1992年）。这个空间站的总体设计方案是：
增压舱这是空间站的主体部分，有4个房间，至少能供8个宇航员居住，总长12米、高13米、直径4米多、自重18.2吨。这是宇航员的实验室、工作间和休息室，它是由“空间实验室”发展而来的，尽量使用原有的硬件和技术经验。增压舱有两种选择，一种是美国空间站永久性对接，有4个舱段，从事各种科学实验。计划1994年由美国航天飞机发射，与美国空间站对接。另一种就是在空间自由飞行的增压舱，由“阿丽亚娜-5”型火箭发射，平时不载人，必要时可派人上去短期照料一下，自动进行材料加工和科学实验。
微型同轨站长11米，将在主舱旁边飞行，内装自动生产产品的设备。
极轨平台这是运行在极地轨道上的不载人实验平台，主要用于执行对地观测任务。