據介紹，天宮二號搭載了空間冷原子鐘等14項應用載荷，以及失重心血管研究等航天醫學實驗設備，配備在軌維修技術驗證裝置、機械臂操作終端在軌維修試驗設備，開展空間科學及技術試（實）驗。在天宮二號發射完成之后，會由神舟十一號飛船將航天員送入太空，然后它將跟天宮二號交會對接，之后航天員進入天宮二號，開始一系列的科學實驗工作。中國航天科技集團五院天宮二號空間實驗室總設計師朱樅鵬在接受媒體采訪時介紹說，天宮二號主要有三大任務：“天宮二號是我國第一個空間實驗室，它完成的任務主要是中期駐留，航天員乘神舟十一號飛船交會對接，在天宮二號工作和生活30天，這是一個中期駐留的任務。第二個明年要跟貨運飛船對接，進行推進劑在軌補加，第三個是為今后空間站進行一些技術試驗，包括維修性一些相關的試驗。”
天宮二號擔負著驗證未來中國空間站技術的重任，所以這一次在軌道的設計上，天宮二號空間實驗室選擇了距離地球393公里的軌道，這也是未來中國空間站運行的軌道高度。中國航天科技集團五院載人航天總體部系統工程研究室副主任王為在接受媒體采訪時介紹說：“實際上就是軌道越高，那他周圍空間環境里面的這個氣體就越稀薄，氣體的阻力就越小，要維持這個高度，需要推進劑就越少。”
在國際上，著名的國際空間站的平均軌道高度就在350公里左右。目前比較著名的空間站包括前蘇聯發射建造的“禮炮“空間站與“和平號”空間站，以及由美國、俄羅斯、日本、加拿大、巴西和歐洲空間局共同建造的國際空間站。
