轨道实验室将用于在太空
微重力条件下进行
科学实验。它属于完全独立的自动飞行设备，只有在提交实验结果、维护和更换科研设备或需要其他服务时才会与国际
空间站不定期对接。轨道实验室将不仅用于
理论科学方面的研究，还将实施一系列应用科学实验项目，比如
微电子及纳米电子技术、
合金制取、
复合材料及生物制剂制造等。
轨道实验室是一种太空自动飞行器，用于在太空微重力条件下进行航天科技和材料学方面的实验。轨道实验室将不仅用于理论科学方面的研究，还将实施一系列应用科学实验项目，比如微电子及纳米电子技术、合金制取、复合材料及生物制剂制造等。轨道实验室属于完全独立的自动飞行设备，只有在提交实验结果、维护和更换科研设备或需要其他服务时才会与国际空间站不定期对接。
2009年9月29日，俄罗斯联邦航天署署长佩尔米诺夫透露，俄计划于2015年发射ОКА-Т轨道实验室，以便进行太空科学实验。ОКА-Т轨道实验室是自动飞行器，用于进行航天科技和材料学方面的实验。轨道实验室将由俄罗斯多家火箭航天企业联合研制生产，重约8吨，服务寿命将不少于5年。
载人轨道实验室是美空军曾经计划开展的一项小型军用空间站，目的是用来研究人在航天活动中完成军事任务的能力。载人轨道实验室是在X-20计划中终止以后开始的。1963年12月10日，美国前国防部长麦克纳马拉在记者招待会上宣布终止X-20计划的同时，宣布将进行载人轨道实验室计划，预计费用为10亿美元，在1967年末或1968年初首次进行载人发射。但是直到1965年8月25日，美国前总统约翰逊才正式批准该计划，并改为在1967年末或1968年初首次无人发射，一年以后进行载人发射，费用上升到15亿美元。约翰逊还透露，国防部准备发射2个无人的轨道实验室和5个有人的轨道实验室。可惜，1969年6月11日，美国防部宣布终止这个计划，据说这时计划的费用已经上升到30亿美元，而且首次载人飞行的时间推迟到1972年初。
载人轨道实验室的组成有：（1）再入舱，它与“双子星座B”座舱相连，后与空间站舱相接，长3.4米，底部直径2.3米，最大直径2.3米，居住舱容积2.55m3，总重量1983千克，结构重量638千克。电力系统的种类为电池，供电能力为4.0千瓦/小时。（2）空间站舱，用“大力神ⅢC”运载火箭第三级的空燃烧箱改装而成，可容纳两名航天员，长9.3米，底部直径3.0米，最大直径3.2米，居住舱容积11.3m3，充入氨-氧混合大气。舱内安装有大型光学照相机和旁视雷达，可以进行全范围的军事侦查，以及对卫星的拦截和检查。该舱总重量8620千克，
有效载荷2700千克，电力系统的种类为燃烧电池和太阳电池帆板，供电能力为2000千瓦/小时。这种用空的火箭燃烧箱改装小型空间站的想法，最早出自德国火箭专家奥伯特，他在上世纪50年代就提出将“阿特拉斯”火箭第三级改装成一个可装3名航天员的小型空间站，载人轨道实验室的设计者显然接受了奥伯特这一大胆的设想。（3）过渡级，用于轨道机动，长4.6米，底部直径3.0米，最大直径3.0米，总重量2680千克，入轨之后仍与载人轨道实验室主体连接在一起，提供760米/秒的机动飞行能力。（4）“双子星座B”飞船，可以乘坐2名航天员，轨道储备30天，飞船全长4.9米，最大直径3.1米，居住舱总容积2.55m3，总重量3851千克，
电力系统用电池。
载人轨道实验室计划被终止有多方面的原因，例如计划费用严重超支、与
美国航空航天局后来的
太空实验室和
航天飞机项目有重复等，但最主要的是缺乏过硬的目的和任务。载人轨道实验室的主要任务是研究人在航天中的能力，研究这种能力的目的是为了提高
侦察卫星的效率，难道仅仅为了这样的任务和目的，就需要发展一种小型军用空间站？显然载人轨道实验室计划的夭折，责任还在美国空军自己——缺乏一个更有说服力的宏伟目标和具体打算。
2021年10月22日，中国空间站核心舱无容器材料科学实验柜在轨科学实验样品交接仪式在京举行，空间应用系统总指挥、中国科学院空间应用工程与技术中心主任高铭向中国科学院上海硅酸盐研究所等分系统单位移交了核心舱科学实验柜在轨科学实验样品，这也是中国空间站首批在轨科学实验样品。