在航空航天领域，过去情况是飞机和航天飞行器分别在大气层内、外活动。飞机可以重复使用，运载火箭一般不能重复使用。航天飞机每执行一次任务，都要抛掉一个庞大的推进剂箱不再回收（最近的一个新奇设想是在这种箱体内开设太空旅馆），两枚固体火箭要在海上回收，但必须经检修后才能再次使用费用很高。航天飞机每次发射需耗资3～4亿美元。由此可见，发展可以全部重复使用的直接起飞的天地往返运输工具已势在必行。
20世纪70年代以来，一些国家都热衷研究一种将航空、航天技术结合在一起，将火箭发动机和空气喷气发动机结合在一起的飞机，它可以从地面直接起飞，直接进入环绕地球轨道飞行，人们把它叫做航空航天飞机，简称“空天飞机”。
空天飞机既能航空又能航天，既装有空气喷气发动机又装有火箭发动机。在大气层内飞行时，使用空气喷气发动机；在进入大气层外飞行时，便转用火箭发动机。这种将航空飞机和航天飞机的优点集于一身的飞机，使“空”和“天”得到了完美结合，这异乎寻常的性能使它备受青睐。
空天飞机有哪些特点呢？首先是速度快，其最大时速达3万千米，这正是宇宙第一速度，可绕地飞行，飞行高度由零高度可直达200千米以上的绕地轨道高度；其次是起降简便，维修简化，结构巧妙，并且可以一机多用；第三是空天飞机的运输成本低还不到航天飞机的10％；第四是空天飞机完全可以做到重复使用。
在世界航天历史上，空天飞机第一次把航空发动机引进航天领域，充分利用大气层能源，从根本上改变了航天运输器只采用火箭推进的模式，是航空航天技术领域里的一场革命。
现在，空天飞机已成为一些国家的研究热点，人们希望它能成为21世纪天地往返的主要运输工具。
目前，国外研制的空天飞机有两种：一种双级的，将空气喷气发动机和火箭发动机分别装在大型超音速运载飞机和航天飞行器里；另一种是单级的，即我们常说的“一步登天”的空天飞机，它将两架发动机都装在一架大飞行器里。
美国在20世纪80年代就着手论证单级入轨的国家空天飞机的试验机X-30。这种掠翼飞机从机场直接起飞，然后一直加速到25倍音速后即可进入地球轨道，按照它的速度计算，两个小时内就可以从华盛顿直飞东京。