空天飞机是航空航天飞机的简称。顾名思义，它是既能航空又能航天的新型飞行器。它像普通飞机一样起飞，以高超音速在大气层内飞行，在30？100千米高空的飞行速度为12？25倍音速，并直接加速进入地球轨道，成为航天飞行器，返回大气层后，像飞机一样在机场着陆。它将是21世纪控制空间、争夺制天权的关键武器装备之一。
与航天飞机相比，空天飞机多了一个在大气层中航空的功能，而且它起飞时也不再使用火箭助推器。以前，航空和航天是两个不同的技术领域，由飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动，航空运输系统是重复使用的，航天运载系统一般是不能重复使用的。
空天飞机能够达到完全重复使用和大幅度降低航天运输费用的目的。主要途径有：一是充分利用大气层中的氧，以减少飞行器携带的氧化剂，从而减轻起飞重量；二是整个飞行器全部重复使用，除消耗推进剂外不抛弃任何部件；三是水平起飞，水平降落，简化起飞（发射）和降落（返回）所需的场地设施和操作程序，减少维修费用。据估计，空天飞机的运输费用至少可降到目前航天飞机的1/10，甚至可降到1%。
空天飞机的奥妙之处在于它的动力装置。这种动力装置既不同于飞机发动机，也不同于火箭发动机，这是一种混合一体配置的动力装置。它由空气喷气发动机和火箭喷气发动机两大部分组成，空气喷气发动机在前，火箭喷气发动机在后，串联成一体，为空天飞机提供动力。
空天飞机可以在一般的大型飞机场上起落。起飞时空气喷气发动机先工作，这样可以充分利用大气中的氧，节省大量的氧化剂。飞到高空后，空气喷气发动机熄火，火箭喷气发动机开始工作，燃烧自身携带的燃烧剂和氧化剂。降落时，两个发动机的工作顺序同起飞时相反。
此外，用空天飞机发射、维修和回收卫星，不需要规模庞大、设备复杂的航天发射场和长达一两个月的发射前准备，也不受发射窗口的限制。它完成一次飞行任务后，经一周的维护就能再次起飞，能适应频繁发射的需要，它的投入使用，将使人类可以方便地进入空间。
空天飞机还具有重要的军事价值，可作为战略轰炸机、战略侦察机和远程截击机使用，这对进一步发挥战略空军的作用具有重要意义。空天飞机最高时速3万千米，可在海拔200千米的绕地轨道飞行。未来的空间作战飞行器可依靠自身的动力系统或由空天飞机送入轨道，能执行多种任务，如：作为动能与定向能武器平台或侦察监视平台，部署、修理或破坏、回收军用小卫星等。其轨道机动能力很强，在轨道上可停留数周、数月乃至一年，并可随时应召返回地面，具有很强的战术应用能力。
实现空天飞机的技术难度比航天飞机更大，主要是三种动力装置的组合和切换：高强度、耐高温的材料和具有人工智能的控制系统等。研究表明，空天飞机高速飞行时，头部温度可达2760℃，机翼前缘达1930℃，机身下也可达1260℃。这些难题都需要进行大量的研究和技术攻关。
当前，美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本、印度等国家都在积极发展高超音速推进等相关技术，积极为研制空天飞机作各项技术储备。