航天飛機是人類歷史上最引人注目的天地往返工具
由于采用技術過于復雜，維護和使用成本遠遠大于一次性運載火箭，以及運載效率極低、安全設計方面的不足等原因，航天飛機不得不退出載人航天歷史舞臺
美國研制的航天飛機是人類歷史上最引人注目的天地往返工具。從1981年4月12日哥倫比亞號航天飛機的首次飛行，到2011年7月21日亞特蘭蒂斯號航天飛機的謝幕之旅，航天飛機共進行了135次發射，取得了無數的科技與工程成果，在人類載人航天史上譜寫了壯麗的詩篇，但由于挑戰者號和哥倫比亞號兩次巨大的災難，也導致美國最終放棄了這種天地往返工具。
航天飛機在發展過程中采用了當時最先進的技術，例如可重復使用的防熱材料等。它在返回過程中具有良好的機動性能，與飛船相比，可以利用機翼的升力在返回過程中進行更大范圍的機動。而且航天飛機在發射與返回過程中的環境條件也不像飛船那樣惡劣，使得很多普通人都有機會乘坐它進行太空旅行。航天飛機還具有很強的在軌操作能力，可以將8名航天員與有效載荷一同送上太空，并能將很大質量的載荷帶回地面。這就使很多的太空維修任務和太空回收任務成為可能。
在航天飛機的飛行任務中，有發射衛星和行星探測器的任務，也有執行衛星維修與回收的任務，特別是航天飛機對哈勃號太空望遠鏡的數次維修，挽救并延長了它的任務壽命。航天飛機擁有可執行復雜操作的機械臂，有可敞開的巨大貨艙，因此能夠擔當“太空工棚”的角色，復雜的國際空間站建設任務就是利用航天飛機的這一優勢完成的。應當說，沒有航天飛機，國際空間站巨大的桁架結構將很難構建。
然而，由于航天飛機所采用的技術過于復雜，導致其維護和使用成本遠遠大于一次性運載火箭。而且由于其采用了人貨混合的運輸方式，導致其運載效率極低：航天飛機的起飛重量接近土星五號巨型火箭的量級，其貨物運載能力卻只有大約24噸，再加上它在安全設計方面的不足，兩次事故共14名宇航員喪生的巨大慘劇，導致美國不得不讓它退出載人航天的歷史舞臺。
