Prom kosmiczny Discovery wystartował w kolejną misję do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Zdaniem ekspertów, jeszcze nigdy załoga wahadłowca nie miała do wykonania tak ambitnego programu prac konstrukcyjnych. W czasie pięciu spacerów kosmicznych astronauci zainstalują nowy moduł orbitalnego laboratorium i przemieszczą na nowe miejsce fragment kratownicy, podtrzymującej część paneli słonecznych, zasilających stację.
Po raz drugi w historii, dowódcą promu jest kobieta, Pamela Melroy. W skład załogi wchodzi miedzy innymi weteran czterech lotów kosmicznych, astronauta o polskich korzeniach, Scott Parazynski, a także włoski astronauta Paolo Nespoli.
Załoga zamontuje na orbicie włoski moduł Harmony, który połączy amerykański moduł Destiny, z dwoma laboratoriami kosmicznymi: europejskim Columbus i japońskim Kibo, które zostaną wyniesione na orbitę podczas kolejnych misji wahadłowców. Harmony to pierwszy od 2001 roku nowy element mieszkalny stacji. Dzięki niemu możliwe będzie zwiększenie załogi ISS do sześciu osób.
Astronauci przesuną także jedną z kratownic podtrzymujących zestaw baterii słonecznych. Umieszczenie jej w nowym miejscu umożliwi pełne rozwinięcie paneli słonecznych i zapewni Międzynarodowej Stacji Kosmicznej dodatkowe źródło zasilania. Podczas jednego ze spacerów kosmicznych astronauci wypróbują też nowe metody naprawy płytek osłony termicznej wahadłowca.