Về tính chất và công năng, tàu con thoi là sự kết hợp của tên lửa và máy bay. Khi phóng lên bầu trời, nó đốt lửa giống như tên lửa, khi hoàn thành nhiệm vụ để trở về địa điểm xuất phát, nó sẽ hạ cánh như máy bay.
Khi tàu con thoi hoàn thành nhiệm vụ, chuẩn bị bay về mặt đất, nhà du hành sẽ giảm tốc độ của tàu con thoi. Sau khi đã điều chỉnh tốt góc độ, tàu con thoi bắt đầu xuyên qua tầng khí quyển, tốc độ của nó lúc này tiếp tục chậm hơn. Khi gần tiếp giáp mặt đất, nó sẽ hạ bánh xe giống như máy bay, lượn, sau đó hạ cánh trên đường băng. Sau khi được tu chỉnh, trở về địa điểm phóng ban đầu thì sẽ chuẩn bị cho lần phóng tiếp theo.
Khi tàu con thoi trở về địa điểm xuất phát, vấn đề kĩ thuật khó khắc phục nhất là làm thế nào để xuyên qua tầng khí quyển, bởi vì tốc độ bay của tàu con thoi rất nhanh, sau khi nó tiến vào tầng khí quyển rất dễ cùng với không khí tạo ra ma sát mạnh, dẫn đến bị bốc cháy.
Để tránh tình trạng này, các nhà khoa học đã nghiên cứu kĩ càng và chế tạo ra vật liệu chịu nhiệt đặc biệt là lớp sành silic, sau đó dùng nó chế thành “chiếc áo khoác chống nhiệt” cho tàu con thoi để chống lại nhiệt độ cao sinh ra do lực ma sát.
