X-37B空天飛機實際上是一種小型航天飛機，發射后進入地球軌道并在太空遨游，在太空逗留9個月后進入自動駕駛模式并像航天飛機一樣返回地球，最后在加州范登堡空軍基地或者附近備用基地——愛德華茲空軍基地著陸。

X-37B在太空時將進行多項保密試驗。美國空軍負責太空項目的高官稱，空軍的主要興趣是測試飛行器的自動飛行控制系統并統計再次發射該飛行器所需成本。

X-37項目最初由NASA發起，目前歸空軍快速能力辦公室負責。該項目將加快發展并部署國防部挑選的作戰支持與武器系統。X-37B的首次飛行能讓空軍評估該飛行器的性能，并確保各部件與系統正常工作。