航天飞机的降落并不能像普通飞机一样进行多次着陆尝试。飞行员最后一次调整角度后，航天飞机就只能按照这一状态降落，这时即便发生任何错误都无法启动航天飞机动力重新返回蓝天。20世纪60年代，航天局曾试图给航天飞机安装专门用于降落控制的动力系统，使之能像普通飞机一样自由控制飞行，但因受到航天器自重等因素的限制，科学家最终放弃了这一计划，而取代以“滑翔姿势”。
返回时，航天飞机将先改为尾部朝前，开始减速和下降，然后翻大半个跟斗，形成机腹朝向地球、机头重新朝前的昂头姿态，约25分钟后进入大气层高层，这时速度26498公里／小时，机体温度达1650℃，周围的大气被高温电离，使无线电通讯中断12分钟，称为“黑障”。进入较稠密的大气层后，虽然速度仍高达24．6倍音速，机头和机翼前缘温度仍达1500℃。在102公里高度，航天飞机开始像飞机一样进行一系列S形倾斜转弯，进一步减速。在80公里高度向右首次转弯，航天飞机减速到24倍音速，67公里向左第二次转弯减到18倍音速，“哥伦比亚”号失事就发生在这一阶段。到最后一次转弯时，高度降至24．9公里，速度2．8倍音速，在15．5公里降到音速以下。距着陆场40公里时，机长开始人工操纵，以520公里／小时速度接近，距地面610米时，速度才降到352公里／小时，最终在减速板和减速伞作用下，滑行2700米左右停下。
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