空间试验室是一种载人的，可重复使用的，费用低廉，多用途的试验室。室内充一个大气压的氮氧混台体，带有多种试验仪器设备和一个U形试验工作台。它是航天飞机最重要的有效载荷。空间试验室可重复使用50次左右，工作寿命为十年。它被航天飞讥运载到近地轨道后，只能附着在航天飞机上一起飞行并一起返回。空间试验室的试验人员也需要在航天飞机的座舱内生活、休息、睡眠和进行其它活动，工作寸经过气闸舱和专门通道到试验室去工作。试验室中的能源、数据传输、冷却等系统都利用航天飞机上的相应分系统，不再单独配备。这样，可以充分地利用和发挥空间试验室的效用，使空间试验室可以进行纯试验性工作，许多服务性的工作均由航天飞机的各个分系统提供。因此，空间试验室虽然比天空试验室小得多，但它与航天飞机相结合，却可以成为一个高效率的空间科学试验装置。

空间试验室的设计必须与航天飞机相适应，例如试验室的最大外部尺寸绝不能超过货舱4.5X18米的尺寸。试验室的基本设计思想之一，是采用积木式结构，以使试验设备易于更换，适于进行多种科研任务。为了使空间试验室适应多次重复使用的要求，必须把它设计得具有最大的适应性和灵活性。例如试验室不仅能容纳许多小型试验仪器，而且能装载大型试验设备，既能把各种研究和试验设备装到试验室中的一间空调舱内，也能把全部试验设备暴露于宇宙空间。

空间试验室主要由2个基本部件所组成。一是实验舱，一是暴露在空间的U形工作台。这2个部件既可单独使用，也可联合使用。

实验舱由密封的前锥段、圆柱段和后锥段组成，密封舱可保证舱压、温湿度、气体成分等航天员生存条件，可用于航天员驻留期间在轨工作和生活，密封的后锥段安装再生生保等设备。实验舱前端安装一个对接机构，以及交会对接测量和通信设备，用于支持与飞船实现交会对接。资源舱为轨道机动提供动力，为飞行提供能源。一般包括发动机和电源装置等，外部安置太阳翼，用于提供轨道与姿态控制、电力能源供应、热控环控。