thumb|260px|Raketoplán Atlantis pristáva v Kennedyho vesmírnom stredisku na konci misie STS-122, 20. február 2008
Družicový stupeň raketoplánu nazývaný aj vlastný raketoplán alebo orbiter bola najzložitejšia a najdôležitejšia časť celého amerického raketoplánu. Zároveň to bola jediná časť raketoplánu, ktorá sa dostala do vesmíru a potom pristála. Z hľadiska leteckej terminológie išlo o jednoplošník so samonosným krídlom v tvare dvojitej delty. Slúžil na dopravu nákladu a osôb na obežnú dráhu okolo Zeme a späť. Štartoval ako klasická raketa, návrat prebiehal riadeným kĺzavým pristátím podobným pristávaniu lietadla.
Orbiter mal celkovú dĺžku , výšku a rozpätie krídel . Jeho prázdna hmotnosť bola rôzna pri jednotlivých exemplároch (Columbia bola najťažšia) a pohybovala sa okolo 90 ton. Trup stroja tvorila konštrukcia z hliníkových zliatin. Pre najviac mechanicky namáhané časti sa použila oceľ a titánové zliatiny. Skladal sa z troch hlavných konštrukčných častí:
predná časť – dvojpodlažná kabína pre posádku; stredná časť – trup s nákladovým priestorom; zadná časť – motorový priestor s motormi SSME.
Predná časť Predná časť raketoplánu má dĺžku 8,74 metrov. Jej väčšiu časť zaberá kabína pre posádku, ďalej sa v nej nachádza blok stabilizačných a manévrovacích motorov RCS (Reaction Control System, predný blok označovaný tiež ako FRCS – Forward Reaction Control System) a predná podvozková šachta. Predná časť je vyrobená zo sústavy nitovaných panelov, priečok a rebier. Skladá sa z dvoch základných častí – hornej a dolnej. Horná obsahuje 6 okienok s hrúbkou 16 milimetrov vyrobených z taveného kremeňa. Odolávajú teplotám až 480 °C z vonkajšej strany a 426 °C z vnútornej.
thumb|left|Stabilizačné a manévrovacie motory RCS v prednej časti orbitera
V prednej časti je ako samostatný konštrukčný diel vložená kabína pre posádku. Kabína má tvar zrezaného kužeľa orientovaného vrcholom dopredu. Jej vnútorný objem je 71,5 metrov kubických. Kabína má vlastný systém okienok, z ktorých šesť zodpovedá šiestim okienkam v základnej konštrukcii. Aj vnútorné okná majú hrúbku , sú vyrobené z temperovaného hlinito-kremičitého skla a ich vonkajší povrch je pokrytý reflexnou vrstvou odrážajúcou škodlivé infračervené žiarenie. Kabína pre posádku má navyše dvojicu okien smerujúcu nahor, ďalšiu dvojicu namierenú do nákladového priestoru a jedno okienko vo vstupných dverách do kabíny. Ľavé okienko na vrchole kabíny mohlo byť v prípade núdze pyrotechnicky odstrelené a použité ako núdzový východ. Kabína pre posádku je k prednej časti raketoplánu prichytená len v štyroch bodoch, aby sa znížil tepelný prenos z vonkajšieho prostredia. Z dôvodov tepelnej izolácie je kabína pokrytá tiež mylarovou izoláciou a pozlátenou fóliou.
right|thumb|250px|Pohľad do kokpitu raketoplánu Atlantis na obežnej dráhe thumb|Okno v zadnej časti paluby orbitera Endeavour
Samotná kabína pre posádku je rozdelená na tri paluby. Horná paluba sa nazýva pilotná alebo letová, a nachádza sa tu sedadlo veliteľa letu (vľavo) a pilota (vpravo). V tejto kabíne sú sústredené všetky prvky riadenia. Nad oknami sú napríklad umiestnené palivometre, vľavo od sedadla veliteľa sú to systémy podpory života (ventilácia, tlak vzduchu, hladina kyslíka a dusíka, teplota vzduchu…), na stenách a strope sú vypínače elektrických obvodov. Každý z pilotov mal k dispozícii ručné riadenie pre rotačné a translačné manévre, pre ovládanie aerodynamickej brzdy a pedálové riadenie kormidiel. Miesto na manipuláciu s užitočným zaťažením je situované v zadnej stene pilotnej paluby. Z tejto paluby sa ovládal celý raketoplán, vypúšťanie družíc z nákladového priestoru a manipulátor RMS. Za sedadlami pilotov sú demontovateľné kreslá pre ďalších členov posádky. Priamo za sedadlom veliteľa je v podlahe priechod na strednú alebo obytnú palubu.
Obytná paluba obsahuje na ľavej strane bočný prielez pre nástup a výstup posádky. Prielez má priemer a hmotnosť . Dvere prielezu je možné zvonka aj zvnútra otvoriť mechanicky, v prípade núdze pyrotechnicky. Dvere sú vyklápané smerom nadol; za predpokladu, že raketoplán stál vo zvislej polohe na štartovacej rampe, to bolo doľava. Nad prielezom je dôležitá, ale nikdy nepoužitá časť záchranného systému – teleskopická tyč. Vstupný prielez je vybavený tiež nafukovacou kĺzačkou podobne ako majú bežne dopravné lietadlá, aby pri prípadnom núdzovom pristátí posádka mohla opustiť raketoplán. Na pravej strane raketoplánu je menší núdzový prielez. Ďalší prielez vedie do nákladového priestoru raketoplánu. Slúži na prechod do prechodovej komory alebo do laboratória v nákladovom priestore. Prechodová komora bývala väčšinou inštalovaná externe. Zadná stena kabíny pre posádku je kvôli zjednodušeniu údržby ku kabíne iba priskrutkovaná, nie je teda celistvá.
V obytnej palube sa nachádzajú tiež štyri kóje na odpočinok astronautov. Okrem toho je vybavená sanitárnym zariadením, záchodom (systém WCS), umývadlom a kuchynkou. Nachádzajú sa tu aj skrinky na uloženie potravín, osobných vecí astronautov, manuálov, vedeckého vybavenia a pod. V čase štartu a pristávania sú tu umiestnené tiež tri demontovateľné sedadlá pre posádku označené číslami 5, 6 a 7.
thumb|left|Počítač IBM AP-101S, ktorý zaisťoval riadenie systémov raketoplánu
Za priečkou v prednej časti obytnej paluby sa nachádza väčšina riadiacej elektroniky vrátane piatich palubných počítačov. Riadenie systémov raketoplánu zaisťuje päť hlavných počítačov typu IBM AP-101S (pôvodne AP-101) s výkonom viac ako 1 milión operácií za sekundu a s operačnou pamäťou 256K 32-bitových slov. Počas kritických fáz letu, ako je vzlet a pristátie, boli štyri počítače prepojené a navzájom sa kontrolovali. Piaty, vybavený jednoduchším programovým vybavením, slúžil ako záloha.
Pod podlahou obytnej paluby sa nachádza spodná alebo technická paluba. Je tu klimatizačné zariadenie a systémy podpory života. Do tejto paluby nie je bežne prístup, posádka sa tam môže dostať iba po demontovaní podlahových panelov v obytnej palube. Systém podpory života, odborne nazývaný ECLSS (Environmental Control and Life Support System), má dve časti: Systém slúžiaci na podporu a udržiavanie atmosféry a systém tepelnej regulácie.
Navigačný systém využíval najmä tri inerciálne plošiny IMU (Inertial Measurement Units), ktoré zásobovali palubné počítače informáciami o aktuálnej orientácii družicového stupňa v priestore a o negravitačných zrýchleniach (napr. spôsobených prácou motorov). Na ich nastavovanie slúžili automatické aj manuálne zameriavače hviezd. Negravitačné zrýchlenie merala aj ďalšia súprava štyroch lineárnych akcelerometrov. V priebehu stretávacích manévrov sa na stanovenie vzdialenosti družicového stupňa od cieľa a relatívnej rýchlosti používal palubný rádiolokátor. Pre navigáciu v závere pristátia slúžil prijímač systému TACAN. Ku koncu programu sa skúšobne používal navigačný systém GPS. Vlastnú pilotáž letu zaisťoval prostredníctvom hlavných počítačov autopilot, ktorý mohol tiež preberať príkazy pilotov z ručných ovládacích prvkov umiestnených na letovej palube.
Komunikačný systém pracoval v pásmach Ku (15,25 až 17,25 GHz) a S (1,7 až 2,4 GHz). Väčšina spojení s riadiacim strediskom bola sprostredkovaná cez družice systému TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System), umiestnených na geostacionárnej dráhe. V prvých približne 4 minútach letu mohol systém pracujúci v pásme S komunikovať s pozemnou stanicou na kozmodróme priamo. Pre spojenie s Medzinárodnou vesmírnou stanicou v jej blízkosti alebo s členmi posádky pracujúcimi v skafandroch vo voľnom priestore sa používal systém pracujúci v pásme UKV (243 až 300 MHz). Tento systém slúžil aj ako záložný pre spojenie s pozemnými stanicami.
Pred kabínou pre posádku sa nachádza blok manévrovacích motorov RCS a podvozková šachta. Táto šachta môže pojať až balastnej záťaže používanej pri niektorých misiách z dôvodu ľahšieho ovládania stroja.
Nákres prednej časti right|550px
priehradky na uloženie predmetov, okienka, priechod medzi pilotnou a obytnou palubou, sedadlo č. 1 (pozícia veliteľa), sedadlo č. 2 (pozícia pilota), sedadlo č. 4, sedadlo č. 3, sedadlo č. 6, sedadlo č. 7, priestor pre leteckú elektrotechniku, dvierka pre prístup k hydroxidu lítnemu (Lithium Hydroxide Door), prechodová komora, sedadlo č. 5, miesto pripojenia začiatku krídla k trupu, vstupný prielez do raketoplánu, predné manévrovacie motory (FRCS – Forward Reaction Control System)
Stredná časť Trup s rozmermi 18,3 × 5,2 × je tvorený celkove dvanástimi prepážkami z horizontálnych a vertikálnych dielov, pričom v miestach pripojenia krídel sú pre zvýšenie bezpečnosti ešte výstuže v tvare T. V trupe je umiestnený nákladový priestor, uzavierateľný dvojkrídlovými dverami, na ktorých vnútornej strane sú radiátory (vyžarovače) klimatizačného systému. Tieto radiátory prostredníctvom glykolovej slučky odvádzali z vnútra družicového stupňa odpadové teplo. Aby mohli správne fungovať, museli byť dvere do nákladového priestoru vo vesmíre otvorené. Predné dva panely sa po otvorení dverí navyše odklopili od dverí o 35,5 stupňa. Dvere sú vyrobené z materiálu na báze uhlíka a epoxidu s jadrom z nomexu. Každá z dvoch častí dverí je k nákladovému priestoru prichytená pomocou 13-tich závesov. Dvere do nákladového priestoru sa niekedy označujú skratkou PLBD (Payload Bay Doors).
thumb|Raketoplán Discovery sa počas misie STS-121 blíži k Medzinárodnej vesmírnej stanici, 6. júl 2006
V trupe sa okrem iného nachádzal diaľkový manipulátor RMS (Remote Manipulator System), nazývaný aj manipulačné rameno či Kanadská ruka, tri palivové batérie s výkonom 3 × 7 kW (v maxime 3 × 12 kW) a štyri nádrže s kyslíkom a štyri nádrže s vodíkom potrebným pre ich prevádzku. Bol tu umiestnený tiež všetok väčší užitočný náklad. Mohla to byť jedna alebo viac družíc, sondy, moduly pre vesmírnu stanicu (Mir, ISS), zásobovacie kontajnery, alebo vesmírne laboratórium, ktoré bolo hermeticky spojené s obytnou palubou orbitera. Starší typ vesmírneho laboratória je európsky Spacelab, od letu STS-57 až po let STS-107 sa používal novší Spacehab. V nákladovom priestore bývala tiež inštalovaná prechodová komora slúžiaca na výstup do otvoreného priestoru. Náklad sa prichytával o nákladový priestor za pomoci 124 použiteľných úchytných skrutiek. V podpalubí nákladového priestoru boli hneď za prednou časťou po ľavej a pravej strane umiestnené batérie PRSD (Power Reactant Storage and Distribution) na kvapalný kyslík a vodík, ktoré poskytovali raketoplánu elektrickú energiu. Do elektrorozvodnej siete raketoplánu bol dodávaný prúd s napätím 28 voltov. Nádrže na kvapalný vodík a kyslík boli guľovitého tvaru a ich počet sa menil v závislosti od potrieb konkrétnej misie. Pri procese výroby elektrického prúdu vznikal ako užitočný odpad voda.
Zadná časť Zadná časť orbitera sa nazýva motorová sekcia. Má dĺžku 5,48 metra, šírku 6,7 metra a výšku 6,09 metra. V tejto časti sú umiestnené tri turbočerpadlá APU (Auxiliary Power Units) hydraulického systému na ovládanie motorov SSME a aerodynamických riadiacich plôch. Hydraulický systém APU mal výkon 100kW.
thumb|Motory SSME v zadnej časti raketoplánu
V motorovom priestore sa nachádzajú tri kyslíkovodíkové motory SSME (Space Shuttle Main Engines), ktoré sú dominantou celého raketoplánu. Vyrobila ich americká spoločnosť Rocketdyne. Mali nominálny ťah 3 × 2,1 MN vo vákuu. Palivo bolo dodávané z externej palivovej nádrže ET. Pri jednom štarte pracovali motory nepretržite 520 sekúnd, celková záloha životnosti bola najmenej 28 600 s, to je 7 1/2 hodiny prevádzky do generálnej prehliadky. Po každom lete raketoplánu boli odstránené a poslané na kontrolu. Pri nevyhnutnej údržbe mohol byť motor použitý až 55-krát. Výrobná cena jedného exemplára SSME presahovala 40 miliónov dolárov.
thumb|left|230px|Motorová sekcia raketoplánu