2020年5月5日，在中国文昌航天发射场首次发射的长征五号B运载火箭，成功将新一代载人飞船试验船和柔性充气式货物返回舱试验舱送入太空轨道。5月8日，新一代载人飞船试验船返回舱成功着陆，试验取得圆满成功。这也是中国空间站在轨建造阶段的第一次飞行任务，令人期盼已久的中国空间站建造大幕终于拉开。
空间站基本构型有3个舱段：1个核心舱，2个实验舱。每个舱都是20吨级，3舱组合体质量约66吨。空间站整体呈T字构型，核心舱居中，实验舱Ⅰ和实验舱Ⅱ分别连接于两侧。空间站的轨道倾角42°，高度340～450千米，设计寿命10年，额定成员3人，乘组轮换时最多可达6人，乘组一般在轨执行任务周期为半年。中国空间站可以进一步扩展，根据空间科学研究和应用的需要，可以对接更多的舱段。
核心舱命名为“天和”，全长16.6米，最大直径4.2米，发射质量22.5吨。核心舱是空间站的管理和控制中心，负责空间站组合体的统一管理和控制，它由节点舱（具有气闸舱功能）、生活控制舱和资源舱组成。它可支持3名航天员长期在轨驻留，是我国目前研制的最大航天器。它既是空间站的管理和控制中心，也是航天员生活的主要场所，还能支持开展少量的空间科学实验和技术试验。
实验舱Ⅰ名为“问天”，由工作舱、气闸舱和资源舱构成。主要任务是开展舱内和舱外空间科学实验与技术试验，存放航天员消耗品、空间站备品备件和补给货物，是航天员的工作生活场所和应急避难场所。实验舱Ⅰ配备了航天员出舱活动专用气闸舱，支持航天员出舱活动，配置了小型机械臂，可进行舱外载荷自动安装操作。实验舱Ⅰ有着核心舱部分关键平台功能，这意味着在有需要的时候，它可以执行对空间站的整个管理和控制。
实验舱II命名为“梦天”，也是空间站组合体的主要组成部分，发射升空后，完成与核心舱－实验舱I组合体的交会对接，参与组合体的在轨运行。作为以服务载荷任务为中心的载人航天器，实验舱II主要完成3项基本任务：装载以多功能光学设施（巡天号光学舱）为主的舱内、舱外载荷；与其他舱段共同支持航天员生活、工作，保证航天员安全；作为独立飞行器，发射后自主完成与核心舱交会对接、转位和停泊。
实验舱II还配置有货物专用气闸舱，在航天员和机械臂的辅助下，支持货物、载荷自动进出舱。
中国空间站未来还有一个重要计划，在空间站建造完成后，会单独发射一个十几吨的光学舱，与空间站保持共轨飞行状态。光学舱命名为“巡天”，具备自主飞行能力，正常任务时与空间站共轨、相伴飞行，进行高分辨率天文观测，开展天体物理和空间天文学研究。
载人飞船和货运飞船空间站工程也包括天地往返运输系统和货物运输系统。天地往返运输系统由神舟载人飞船和长征二号F运载火箭组成，用于航天员和部分物资往返空间站，在空间站停靠期间也作为救生船，用于航天员应急救生和返回。空间站货物运输系统由天舟货运飞船和长征七号运载火箭组成。货运飞船为空间站运送航天员的生活物资、推进剂、载荷设备等补给物资。
中国发射空间站的重要意义包括：1. 是世界上第二个靠自主研制发射的空间站；2. 中国将拥有全球唯一在太空遨游的空间站；3. 有广阔的应用前景；4. 促进科学的发展。