Длина орбитальной ступени составляла 37,24 метра, размах крыла - 23,79 метра, высота 17,27 метра. «Сухой» вес аппарата - около 68,5 тонн, взлетный вес - от 85 до 114 тонн - в зависимости от программы полета и полезной нагрузки, посадочный вес с возвращаемым грузом на борту - 84,26 тонны. В качестве компонентов топлива на орбитальной ступени использовались: горючее – метилгидразин, окислитель - тетраоксид диазота.
Орбитальная ступень шаттла имела теплозащиту четырех типов. В самых теплонапряженных местах - носок фюзеляжа и передняя кромка крыла - расчётная температура составляла около 1430є С. В этих местах применялся многослойный углерод-углеродный композитный материал. Нижняя поверхность орбитальной ступени, где нагрев при спуске в атмосфере с орбиты составляет от 650 до 1260є С, покрывалась плитками из материала на основе кварцевого волокна. Верхняя и боковые поверхности «Спейс шаттла» - там, где температура составляет 315-650є, защищались плитками низкотемпературной изоляции, а на всех остальных местах корпуса температура не превышала 370є С - поэтому здесь использовался войлочный материал, покрытый силиконовой резиной.
Когда «Спейс шаттл» проектировался, считалось, что он при стартовой массе около 2000-2050 тонн будет выводить:
- на орбиту с наклонением 28,5 градусов полезную нагрузку массой 29,5 тонн,
- на орбиту высотой 500 километров и наклонением 55 градусов - 11 300 килограмм при запуске из Центра космических полетов им. Кеннеди на мысе Канаверал;
- на солнечно-синхронную орбиту - 14,5 тонн;
- на приполярную орбиту высотой 185 километров - 14,5 тонн при запуске с космодрома на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии.
Возвращать на Землю с орбиты предполагалось полезный груз массой не менее 14,5 тонн.
По расчетам для обеспечения экономической эффективности «Спейс шаттла», он должен был стартовать около 55-60 в год.
Для выполнения орбитальных полетов ВВС США и НАСА были разработаны два вида одноразовых твердотопливных многоступенчатых буксиров - соответственно JUS и SSUS. Такое решение было принято, поскольку твердотопливные буксиры имели низкую стоимость изготовления. РДТТ были просты в эксплуатации и высоконадежны. Космические буксиры JUS и SSUS обеспечивали запуск полезных грузов массой 2,3 тонны на геостационарную орбиту, 2,72 тонны на 12-часовую орбиту и более 5 тонн на межпланетные траектории.