天宫二号是我国首个真正意义上的空间实验室，将完成十余项高精尖的实验任务，是载人航天历次任务中应用项目最多的一次。
　　　　“我们在深入研究国际空间科学和应用技术发展态势的基础上，充分利用天宫二号空间实验室平台支持能力和优势环境条件，安排了一批体现科学前沿和战略高技术发展方向的科学与应用任务。”天宫二号空间应用系统总设计师赵光恒说，这些任务涉及微重力基础物理、微重力流体物理、空间材料科学、空间生命科学、空间天文探测、空间环境监测、对地观测及地球科学研究应用以及应用新技术试验等8个领域。
　　　　“这些应用任务共10余项，直接承研单位28家，装器有效载荷51件。”赵光恒表示，通过实施这些任务，期望在空间科学前沿探索部分重点领域方向进入世界先进行列，作出具有国际影响的重要发现；在空间应用技术领域，突破并掌握一些核心关键技术，为解决国家迫切需求的重大应用问题提供和验证先进的解决方法和手段。
　　　　天宫二号搭载了多项空间物理实验，如空间冷原子钟实验、空地量子密钥分配试验等，均属国际科学前沿，科学意义重大。