美国航天飞机由轨道飞行器、外挂燃料箱和固体火箭助推器三大部分组成。
轨道飞行器简称轨道器，它是美国航天飞机最具代表性的部分，长37.24米，高17.27米，翼展29.79米。
它的前段是航天员座舱，分上、中、下3层。上层为主舱，有飞行控制室、卧室、洗浴室、厨房、健身房兼贮物室，可容纳8人；中层为中舱，也是供航天员工作和休息的地方；下层为底舱，是设置冷气管道、风扇、水泵、油泵和存放废弃物等的地方。
它的中段为货舱，是放置人造地球卫星、探测器和大型实验设备的地方，长18.3米，直径4.6米，可装载24吨物品进入太空，可载19.5吨物资从太空返回地面。
它的后段有垂直尾翼、三台主发动机和两台轨道机动发动机。主发动机在起飞时工作，它使用外挂燃料箱中的推进剂。
在轨道器的头部和机翼前缘，贴有约2万块防热瓦，保护轨道器在回返时不被气动加热产生的600℃～1500℃的高温所烧毁。在轨道器的头锥部和尾部内，还有用于轻微轨道调整的小发动机，共44台。
外挂燃料箱简称外贮箱，长46.2米，直径8.25米，能装700多吨液氢液氧推进剂，它与轨道器相连。
固体火箭助推器共两枚，连接在外贮箱两侧上，长45米，直径约3.6米，每枚可产生15682千牛的推力，承担航天飞机起飞时80％的推力。
