航天飞机首次载人作地球轨道飞行，延至1981年4月。因此，“空间实验室”的首次飞行也推至1983年间。根据计划，“空间实验室”的第一次飞行由美国宇航局和欧洲空间局联合进行。首次飞行装在航天飞机上，作为期7天的飞行。“空间实验室”的飞行高度已定为250千米，倾角为57度。飞行目的除检验“空间实验室”及其分系统的飞行性能外，还将进行科学研究观测计划。参加第一次“空间实验室”的飞行试验项目，除美宇航局和欧洲空间局外，还有日本和印度的实验项目。但实验的有效载荷总重不得超过29吨，因为实验室的容积和所能提供的电源是有限制的。根据美宇航局和欧洲空间局的协议，两单位平均分配重量各为14吨，双方均不得超过145吨。两单位商定的首次飞行实验项目计有37项，欧洲空间局为24项，美国宇航局为13项，其中包括日本和印度的各一项实验。为参加“空间实验室”的研究，全世界已有2千多名科技人员报名，美宇航局和欧洲空间局从中挑选了222名研究人员，以参加首次飞行的77项实验的地面观测和分析研究工作。当进行轨道飞行时，“空间实验室”中的4名有效载荷专家将与在地面上的这些研究人员保持联系。这222人来自16个国家，计有欧洲12个国家的131人，他们分属于法国、英国、意大利、比利时、荷兰、西班牙、丹麦、挪威、瑞士、瑞典和奥地利。美国80人，加拿大、日本和印度有11人。
“空间实验室”首次联合飞行分配给欧洲的14吨重有效载荷，主要仪器设备约占卿千克，其中包括摄影测量设备150千克，地球观测仪器150千克，空间雪撬140千克和空间材料加工设备460千克。仅空间材料加工设备的重量就占总重的1／3，材料加工实验项目约为总实验项目的50％。
“空间实验室”在60年代初期将进行的实验项目，涉及范围极为广泛，从基础科学、应用技术直到工业生产的各个领域，概括起来可分为以下4个方面。
（1）天体观测。“空间实验室”可以作为空间研究的试验和测量平台。它比高空探测火箭、地球卫星和空间探测器有更广阔的应用范围。因为它装载的设备多而大，设备又可以回收和、重复使用，成本低。另外科研人员可以跟随飞行，直接进行观测和实验。“空间实验室”上的科研人员可以持续地进行大气物理学、等离子体物理学、太阳物理学、天体物理学和天文学的研究，这将为开展宇宙和地球间相互关系的研究提供新的资料。“空间实验室”还可观测地面上难以观测的瞬变事件。如彗星和新星以及各种高能辐射。这对于自然界、天体起源和演化等课题的研究，关系十分密切。例如美国宇航员就曾在天空实验室上观察到太阳爆发最初瞬间的情形，从而使这个过程的许多悬而未决的问题得到了解释。又如天空实验室对恒星光谱、彗星的研究也取得了不少成果。天空实验室的太阳望远镜曾拍摄了18万张照片，这些照片大部分在地面的不可见光范围，展示了太阳表面和日冕的景象。对于这些，“空间实验室”可以继续深入地加以研究。在等离子体物理学的研究中，法国和挪威负责测量低能电子和带电粒子。在太阳物理学实验项目中，比利时负责测量太阳常数。法国和比利时共同制造了一台光栅质谱仪将研究高层大气成分。前西德准备利用激光来探测大气层，观察从红外到紫外范围的射线以及探测其他行星大气。法国提出研究中层（也称中圈，平流层顶以上到80～90千米的大气层）和热层（也称热圈，中层顶以上到枷千米的大气层）中的温度和风、电离层H和D区中的莱曼。辐射，以及研究与4微米波长之间的太阳光谱等。其他的研究项目还包括磁场、电场、微流星、星际尘埃，以及太阳风的形成及其对地磁场、地球大气层和电离层的影响。上述所有研究的最大特点是均不受大气的干扰。
（2）对地观测。“空间实验室”可以作为对地观测的工作平台。它犹如建立在宇宙空间的一台载人的自动化观测站，它在对地观测方面远比陆地卫星、海洋卫星和气象卫星等灵活和优越。这一方面是由于实验室中的观测仪器，由科研人员亲自操作，对地观测得更加详细；另一方面实验室可以装载像微波装置、激光及雷达装置，这类重型大功率的遥感仪器。仪器及所获得的数据同科研人员一起返回地面，无需中继传输，有助于仔细分析研究。如有仪器发生故障，科研人员可随时修复或更换相关组件。这都是无人的自动化卫星所不及的。“空间实验室”的对地观测任务主要着重于地球遥感、气象、通信和导航技术领域。它可以收集各种运输、城市规划、污染控制、农业、渔业、导航、天气预报和资源勘探方面的有用资料，从宇宙空间对地球进行观测和遥感，已成为勘查地球资源和研究气象的有效手段。因此，“空间实验室”可以为气象预报、天气分析、研究气候成因和气象演变等提供重要的依据。它可以用来试验新的气象观测方法和新型传感器。过去人类通过各种飞船和卫星曾发现了新的矿藏和油田，利用假彩色照像技术估计谷物等各类粮食产量，对地表的植被进行了研究，使地图的绘制变得更加精确，许多人迹罕至的山脉绘上了地图……“空间实验室”的使用将继续扩大这些技术领域的应用。
（3）医学、生物、生化实验。“空间实验室”作为科学研究和发展的实验室，还将进行空间医学、生物学和生化学的实验研究。处在失重条件下的生物，其新陈代谢有很大的变化，所以要继续在宇宙空间对人和其他生物进行生命科学的研究，这将增加人类对生命过程的认识。德国、法国、英国和瑞典合作将用空间雪撬研究失重条件下线性加速度对人耳前庭反作用的影响，研究宇航员眼睛对晃动的反应。另外将通过宇航员周身的静脉、胸内静脉压的测量、失重条件下淋巴结的增大、辐射对人体的影响等来研究人在失重条件下的重量鉴定。德国、法国和美国将共同研究辐射对生物的影响。英国还将用微型磁纪录器，测录失重条件下的心电图、脑电图、眼动力图，并检查心血管的适应性和研究神经病理学等。
（4）研究空间工业生产技术。“空间实验室”可作为发展和研究空间加工生产技术的实验室。因为在宇宙空间进行工业生产可以利用这里独有的物理和操作条件，主要是失重和高真空环境。在这种特有的环境中，为发展新的加工工艺和制造新材料开辟了新天地。这是工业界最感兴趣的技术研究项目。因为它可能会取得巨大的应用和经济价值。在这样一个理想的真空环境中，对工业焊接、钎焊、熔焊、材料加工、高纯度大型晶体的生长、某些物质的分离、制造激光用的无容器污染的各种玻璃，重量轻并耐高温的新合金以及其他合成材料、化学和药物制剂的新发明等都具有特殊的作用。这些将对电子学、机械制造、光学、生物医学、材料制造和加工等科技领域具有不可估量的意义。
美国在“空间实验室”上曾做过金属熔化和凝固的实验，制造出了理想的金属球和新型合金，还做了晶体生长等半导体物理方面的实验。这些实验的成果有着广泛的实用价值。为此，欧洲的许多工业公司，对实际应用“空间实验室”进行这些实验的热情很高。例如德国的一个机械制造厂，期望利用“空间实验室”的失重环境创造浇铸高质量机械部件的方法，制造耐磨的高精度模件。各个相关的工业公司提出了多种领域的具体实验项目。如改进制造半导体材料方法，提高材料纯度及扩大应用范围，不仅要在空间生产尽可能大的晶体，而且要获得完善的品格和匀质结合的晶体，制造具有更好的电学、光学和机械性能的超纯材料……总之，空间实验室在工业生产上的应用范围广泛，不胜枚举。它将为人类的工业生产展现出一个崭新的前景。