航天飞机是可以重复使用的、往返于地球表面和近地轨道之间运送人员和货物的航天飞行器。它在轨道上运行时，可在机载有效载荷和乘员的配合下完成多种任务。航天飞机通常设计成火箭推进的飞机，返回地面时能像滑翔飞机或飞机那样下滑和着陆。航天飞机是人类自由进出太空的很好的工具，是航天史上的一个重要里程碑。
1969年4月，美国宇航局提出建造一种可重复使用的航天运载工具的计划。1972年1月，美国正式把研制航天飞机空间运输系统列入计划，确定了航天飞机的设计方案，即由可回收重复使用的固体火箭助推器，不回收的两个外挂燃料贮箱和可多次使用的轨道器三个部分组成。经过5年时间，1977年2月研制出一架“创业”号航天飞机轨道器，由波音747飞机驮着进行了机载试验。1977年6月18日，首次用飞机机载飞上天空进行载人试飞，参加试飞的是宇航员海斯（C·F·Haise）和富勒顿（G·Fullerton）两人。8月12日在飞机上进行的载人飞行试验圆满完成。又经过4年，第一架载人航天飞机终于出现在太空舞台，这是航天技术发展史上的又一个里程碑。
1981年4月12日，世界上第一架实用的航天飞机“哥伦比亚”号实现了人们期待已久的处女航。
“哥伦比亚”号由1个轨道器、1个外储箱和2个固体火箭助推器组成。航天飞机分前、中、后三段，前段是与大气压力相同的驾驶舱和生活舱，有4个座位，一般可乘3—7人，在轨道上可持续工作7—30天。座舱的底甲板下有厨房、进餐间、储藏室、卫生间、密封舱。机身中段有一个货舱，可载人、卫星、科学仪器、航天武器和用于在空间抓装货物的遥控机械手等，可载货30吨。机身后段装有3台主发动机和保证航天飞机机动飞行、保持稳定、姿态变换和反推控制的动力系统。航天飞机的机腹下是两台固体助推器和一个外储箱。外储箱用于储存液氢和液氧推进剂并向主发动机输送推进剂，加注推进剂后质量740吨，当燃料用完后，外储箱自行脱落，在大气中烧毁。固体火箭推进器为航天飞机在垂直起飞和飞出大气层的过程中提供78%的推力。整个机身覆盖有30000多块耐热性能极高的防热瓦，可耐高温1000-2000℃，保证防护机身往返飞行100次而不被高热侵蚀磨损。在首航发射后不久，机身尾部脱落了几块防热瓦，但并未造成严重后果。“哥伦比亚”号初航的成功，是航天技术上的一个重大突破，比起人类首次登月来说是更伟大的创举，甚至是“更伟大的里程碑”。
“哥伦比亚”号航天飞机是融运载火箭、载人飞船和飞机三种运载工具的功能为一体的一种航天工具。它像火箭那样垂直起飞，既能在大气层内飞行，又能在大气层外飞行，还能把人造卫星等物品送入预定轨道；能够在空间轨道上进行多次机动飞行，以完成交会、捕捉等任务；它能像飞机那样在大气中滑翔，在跑道上着陆；它能处理飞行过程中出现的各种故障，有较高的安全飞行能力。航天飞机的用途很广，可以从事各种军事侦察、监视、窃取情报以及通信联络、指挥、导航等活动；可以摧毁对方的间谍卫星和其他轨道飞行器，甚至摧毁地面战略目标；还可从事科研工作。