由於穿梭機以高速穿過大氣層返回地球(每小時28,000公里)，它會與空氣中的微粒摩擦產生大量的熱(大約是攝氏1650度)。
為了保護主船及在內的太空人，主船會被陶術的隔熱物料覆蓋著：
- 在翼面及下面的強化碳
- 在機體上前部份及圍繞窗口的黑色面高溫鋪磁磚
- 在貨艙門口、翼的上面及機體中後部份的白色Nomex毯
- 在其餘部份的低溫白色面鋪磁磚
上述的物料都是用來吸收大量的熱。
當穿過大氣層時會製造熱的電離氣體，並會阻止了與地面的通訊達12分鐘之久。
其後，主船會到達大氣中，並可像飛機一樣飛行。
而主船會被電腦操控飛行，並會做一系列S形飛行，當準備最後步驟時，便會傾斜並減速飛行。
操控員便會沿著假想圓柱(直徑為18,000尺/5,500米)，最後會向著跑道飛行。
當主船在離地2,000尺(610米)時，主船頭會被拉起，降落的速度會減慢。
操控員放下主船滑輪，主船便著地。
而操控員會開始煞停主船，尾部的制動系統會開動。
然後一個降落傘會在尾部被放出去幫助停止煞船。
最後，整個穿梭機會停下。