Selon la NASA la station spatiale internationale est conçue d'abord comme un laboratoire de recherche affecté à l'étude de son environnement atypique caractérisé par l'absence de pesanteur, le bombardement par des rayonnements absents au sol car interceptés par l'atmosphère, et sa position qui en fait un poste d'observation privilégié de la Terre mais également de l'espace. Par rapport à la navette spatiale américaine, elle présente l'avantage de constituer une plateforme stationnée pour de longues durées. Contrairement aux satellites porteurs d'expériences scientifiques, la présence d'un équipage permanent offre l'avantage de permettre d'effectuer, à la demande, de nombreuses manipulations sur les expériences : surveillance, ajout d'intrants, réparations ou remplacements de composants. Les scientifiques au sol ont, grâce à l'équipage, la possibilité d'accéder facilement aux résultats de leurs expériences, d'en modifier les paramètres ou d'en lancer de nouvelles.

Par ailleurs la station spatiale, par sa position en orbite terrestre basse, fournit un endroit relativement sûr pour mettre au point les systèmes spatiaux qui seront nécessaires pour les missions de longue durée vers la Lune ou sur Mars. Elle permet d'acquérir de l'expérience dans le domaine de la maintenance, de la réparation et du remplacement de systèmes en orbite : toutes ces techniques sont vitales pour la mise en œuvre de vaisseaux qui devront s'éloigner de la Terre et s'affranchir de toute possibilité de dépannage depuis la Terre. Ce type de recherche permet à terme de réduire les risques courus par ces missions et d'optimiser la capacité des vaisseaux interplanétaires.

Le rôle de l'équipage porte également sur l'éducation et la coopération internationale. L'équipage de la station spatiale permet à des étudiants sur Terre de participer, y compris par le biais d'expériences développées par eux, à des travaux pratiques. Le programme de la station spatiale lui-même et la coopération internationale qu'il suscite, permet à 13 nations d'apprendre à vivre et travailler ensemble dans l'espace, préparant le terrain pour de futures missions internationales.