太空梭軌道器後部的三台高性能火箭發動機在起飛後最初的大約8分鐘內工作。 在海平面， 每台發動機開足馬力時， 可產生17噸的推力。 發動機推進劑是裝在外掛箱中的燃料（液氫）和氧化劑（液氧)。 燃燒分兩階級進行。 首先， 推進劑在預燃室內混合並部分燃燒。 由預燃室產生的熱氣體驅動高壓渦輪泵， 渦輪泵將難進劑輸送到主噴嘴。 一旦由電點火器點燃， 燃燒就會自行持續下去。 在點火之前， 使極冷的液體推進劑流入該系統， 流到預燃燒室和燃燒室， 以便冷卻渦輪泵和管道， 使系統中的氫和氧在發動機起動時保持液態。
主發動機推力的調節範圍為在海平面推力的65—104%。 起飛時， 發動機的推力達到100%。 太空梭一旦越過發射塔， 電腦即指令發動機推力達到104%。 為減少在34000英尺高空出現的最大空氣動力載荷， 主發動機的推力降至65%。 此後， 推力再次加大， 以便在主動段飛行的最後一分鐘提供三倍於重力加速度的加速度。
太空梭軌道器的主發動機
太空梭的外掛箱為軌道器主發動機攜帶推進劑——143000加侖液氧和383000加侖液氫， 氫比相同體積的氧輕得多。 全部推進劑重790多噸。 馬丁-瑪麗埃塔公司製造的燃料箱是一個帶有卵形頭的焊接鋁合金液壓圓柱體和一個半球形尾部， 長154英尺， 直徑為27+英尺。 由於軌道器和兩個固體火箭助推器在起飛時與外掛箱連接在一起， 所以外掛箱承受了組合推進系統的推力。 它需經受複雜的載荷效應和來自推進劑的壓力。
液氧箱組成外掛箱的頭部， 裡面是溫度保持在零下180度的液態氧化劑。 可拆卸的圓錐形頭罩起空氣動力整流罩的作用。 液氧箱內部的隔板減少了晃動和有關的控制問題。
多層熱防護層覆蓋在外掛箱外部， 防止它在發射前、發射時和飛行最初的幾鐘內遭受溫度急劇的變化。 這種隔熱措施降低了推進劑蒸發率， 使外掛箱內仍保持極低的溫度， 它還可以將可能由於在推進劑箱外部的冷凝結成的冰減至最少。
巨大的外掛箱內部
除了固體火箭助推器在箱間兩側的前方連接點以外， 還有三個連接點把每台助推器連接到外掛箱的後部主環形框架上。 助推器於是通過四個點與外掛箱連接起來， 一個點在前部， 三個點在後部。
在起飛後8.5分鐘， 主發動機關車後18秒， 根據軌道器電腦指令拋掉外掛箱。
兩台固體推進劑火箭助推器幾乎與外掛箱一樣長， 並且連接在外掛箱的兩側。 固體火箭助推器可提供起飛總推力的80%， 另外20%的推力來自軌道器的三台主發動機。 起飛後大約兩分鐘及離發射台24英里高空時， 固體火箭燃燼。 用爆炸裝置使助推器與外掛箱分離。 小型火 箭發動機驅使它們遠離外掛箱和軌道器， 軌道器在太空梭主發動機的推動下繼續沿軌道向前飛行。
固體火箭助推器由以下幾個部件組成：頭錐、固體火箭發動機和噴管組件。 每個固體火箭發動機殼體由11段直徑為12英尺的無縫圓柱形鋼管組成。組裝之後，這11個圓柱體組成一個長達116英尺的管道。這11段圓柱體包括前部圓頂6個圓柱體、後部與外掛箱連接的圓環段、兩個加強肋段和後部圓形底蓋。
固體發動機殼體組裝
11段發動機殼體由通過突緣-u形槽裝配方式連接在一起，每個接合面周圍用177個鋼銷加以固定。這些圓柱體經過機械加工達到良好的公差並進行配合之後，它們部分地在工廠裝配成四個殼體部件。這四個殼體部件就是澆鑄推進劑的發動機殼體的幾個部分。它們通過鐵路分段運往甘迺迪航太中心。助推器被運走之前的連接被認為是工廠的裝配。四個殼體部件之間的連接稱作現場裝配；助推器各段在甘迺迪航太中心撂起來，待最後組裝時連接在一起。
除了上升和再入以外，太空梭典型的七天飛行都是在軌道上進行的。在哪裡完成預定的任務;進行科學實驗;把衛星送入軌道、回收或維修;對地球和太陽系進行觀察。在作엇衛星飛行期間，太空梭大約每90分鐘繞地球轉一圈。
當太空梭離開軌道後，就以每小時大約17500英里的速度飛行。用反推火箭發動機把太空梭的頭部再次朝向前方，以便再入大氣層。那些推力器繼續控制軌道器的姿態，直到大氣層密度足以使空氣動力面起作用為止。
太空梭以25馬赫的速度在40萬英尺高空再入越來越稠密的大氣層。軌道器保持仰角的那種姿態增大了氣動阻力，因此有助於消散航天器再入大氣時所擁有的巨大能量。軌道器表面的摩擦熱靠防熱瓦進行隔熱，同時，摩擦熱使周圍空氣電離，會妨礙與地面的無線電通信13分鐘。當太空梭馬赫數降到為4.2時，轉動方向舵，馬赫數為1時，最後的反作用推力器停止工作。此後，飛行器專全像飛機一樣通過空氣動力控制面升降副翼、方向舵、速度制動器和機體襟翼進行機動飛行。
回收的固體發動機
在著陸進場方式上，軌道器沒有動力。它只有速度和高度。必須精心控制它的能量，以便便使太空梭靠氣動控制作機動飛行，達到安全著陸。末段開始，當太空梭朝著跑道下滑時，滑行坡度很陡，為19度。著地前半分鐘，距跑道兩英里時，飛行器以小角度飛行，幾乎是平的，1.5度的下滑坡度，以每小時225英里的速度著地。太空梭在跑道上滑行到停止，至此飛行任務完成。
每個固體火箭發動機殼體由11段直徑為12英尺的無縫圓柱形鋼管組成。組裝之後，這11個圓柱體組成一個長達116英尺的管道。這11段圓柱體包括前部圓頂6個圓柱體、後部與外掛箱連接的圓環段、兩個加強肋段和後部圓形底蓋。
固體發動機殼體組裝
11段發動機殼體由通過突緣-u形槽裝配方式連接在一起，每個接合面周圍用177個鋼銷加以固定。這些圓柱體經過機械加工達到良好的公差並進行配合之後，它們部分地在工廠裝配成四個殼體部件。這四個殼體部件就是澆鑄推進劑的發動機殼體的幾個部分。它們通過鐵路分段運往甘迺迪航太中心。助推器被運走之前的連接被認為是工廠的裝配。四個殼體部件之間的連接稱作現場裝配；助推器各段在甘迺迪航太中心撂起來，待最後組裝時連接在一起。
除了上升和再入以外，太空梭典型的七天飛行都是在軌道上進行的。在哪裡完成預定的任務;進行科學實驗;把衛星送入軌道、回收或維修;對地球和太陽系進行觀察。在作엇衛星飛行期間，太空梭大約每90分鐘繞地球轉一圈。
當太空梭離開軌道後，就以每小時大約17500英里的速度飛行。用反推火箭發動機把太空梭的頭部再次朝向前方，以便再入大氣層。那些推力器繼續控制軌道器的姿態，直到大氣層密度足以使空氣動力面起作用為止。
太空梭以25馬赫的速度在40萬英尺高空再入越來越稠密的大氣層。軌道器保持仰角的那種姿態增大了氣動阻力，因此有助於消散航天器再入大氣時所擁有的巨大能量。軌道器表面的摩擦熱靠防熱瓦進行隔熱，同時，摩擦熱使周圍空氣電離，會妨礙與地面的無線電通信13分鐘。當太空梭馬赫數降到為4.2時，轉動方向舵，馬赫數為1時，最後的反作用推力器停止工作。此後，飛行器專全像飛機一樣通過空氣動力控制面升降副翼、方向舵、速度制動器和機體襟翼進行機動飛行。
回收的固體發動機
在著陸進場方式上，軌道器沒有動力。它只有速度和高度。必須精心控制它的能量，以便便使太空梭靠氣動控制作機動飛行，達到安全著陸。末段開始，當太空梭朝著跑道下滑時，滑行坡度很陡，為19度。著地前半分鐘，距跑道兩英里時，飛行器以小角度飛行，幾乎是平的，1.5度的下滑坡度，以每小時225英里的速度著地。太空梭在跑道上滑行到停止，至此飛行任務完成。