天宫二号实验室是在天宫一号备份目标飞行器基础上改进研制而成，由实验舱和资源舱组成，总长10.4米，舱体最大直径3.35米，太阳帆板展开后翼展宽度约18.4米，起飞重量约8.6吨，具有与神舟载人飞船和天舟货运飞船交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等重要功能。

上世纪90年代，我国提出载人航天“三步走”计划。“第一步”是载人飞船阶段，目标是能够把宇航员送到太空，正常运行若干天，并成功返回。神舟五号和神舟六号飞行任务的圆满成功，标志着实现了工程第一步任务目标。

“第二步”是空间实验室阶段。在这个阶段要解决组装、交互对接、补给以及循环利用等四大技术。天宫一号、天宫二号相继解决了这一系列技术难题。其中天宫二号已经完成了再生式循环系统、有效载荷和应用系统的实验以及其他一系列科研项目。“第三步”：我国最终要建设一个基本型空间站。