Pesawat ulang-alik merupakan pesawat yang digunakan untuk mengangkut orang, satelit, serta melakukan percobaan ilmiah antara bumi dan luar angkasa. Pesawat ini memiliki daya dorong yang bersumber dari roket, harus mampu bekerja pada ruang hampa udara, dan bisa digunakan berkali-kali tidak seperti roket pada umumnya yang hanya bisa dipakai satu kali. Pesawat ulang-alik terdiri dari beberapa bagian, yaitu orbiter atau yang dikenal dengan shuttle, kemudian terdapat dua roket pemacu disebelah kanan dan kiri, dan terdapat tangki bahan bakar yang besar.
Hampir semua bagian dari pesawat ulang-alik ini dapat digunakan lagi,kecuali tangki luar yang hanya sekali pakai alias dihancurkan jika isinya sudah habis dengan cara dilepaskan ke atmosfer sehingga tangkinya menjadi bergesekan keras dengan udara dan terbakar habis diatas samudra. Roket pemacu pun dilepaskan ke atmosfer kira-kira pada ketinggian 45 kilometer, namun roket pemacu ini tidak hancur oleh gesekan dengan atmosfer seperti pada tangki luar, ini karena roket pemacu dilengkapi dengan parasut dan mendarat di atas laut untuk selanjutnya diambil oleh kapal laut dan bisa digunakan untuk penerbangan berikutnya.
Orbiter yang umum dikenal orang adalah orbiter pesawat ulang-alik Amerika Serikat. Pesawat ini memiliki ruang penyimpanan (bagasi) dengan ukuran panjang 18 meter dan lebar 4,5 meter yang digunakan untuk berbagai keperluan seperti mengangkut satelit untuk diorbitkan. Ruang muatan juga dilengkapi dengan pendingin, jika pintu ruang muatan dibuka, maka pendingan tersebut mendinginkan orbiter dengan membiarkan udara panas keluar dan masuk ke luar angkasa. Ruangan ini juga dilengkapi dengan lengan robot. Lengan robot ini berfungsi untuk memasukan satelit atau barang lainnya kedalam orbiter untuk berbagai keperluan dan bisa juga untuk mengeluarkan barang atau satelit untuk diorbitkan. Kamar para awak pesawat terdapat didepan ruang muatan. Diruangan ini memungkinkan para astronot untuk bekerja dan berdiam. Tempat tidur yang tesedia biasanya 4 tempat tidur, karena tidak semua astronot tidur atau istirahat bersamaan.
Sebuah orbiter memiliki banyak roket yang berfungsi untuk mengorbit dan merubah posisi orbiter. Bagian ekor orbiter terdapat lima buah mesin roket, tiga diantaranya merupakan mesin utama pesawat ulang-alik dengan bahan bakar cair yang paling canggih yang pernah ada yang digunakan hanya saat tinggal landas. Lubang buangan bas mesin ini dapat diarahkan dengan tujuan kemudi orbiter dan kekuatan dapat pula diatur untuk mengendalikan kecepatannya. Saat orbiter berada diluar angkasa, digunakan dua roket yang lebih kecil daripada tiga roket utama. Selain dua roket tadi, terdapat pula roket-roket kecil yang diletakan di hidung orbiter dengan tujuan untuk navigasi diluar angkasa karena tidak terdapat udara. Orbiter juga memiliki elevon pada sayap-sayapnya, ini memungkinkan orbiter berfungsi selayaknya pesawat terbang biasa ketika kembali ke bumi dan mendarat seperti pesawat terbang umumnya.
