神舟号飞船外形与俄罗斯联盟号很像，但在功能上却有很大不同，神舟号飞船的轨道舱兼有宇航员生活舱和留轨试验舱两种功能。由于与返回舱分离后，轨道舱还将在轨道上停留半年，进行一系列科学实验，同时还能作为未来空间交会对接的一个飞行器，故颇具中国特色的神奇轨道舱在舱外加了一对太阳能电池阵。这一“留”一“加”，对科研人员来说是一大堆的难题。
载人航天工程立项前后，曾有一段小插曲，就是对我们自己的飞船做成两舱还是三舱的争论。
三舱方案就是现在神舟号飞船采用的，轨道舱在最上面，返回舱在中间，推进舱在最下面。三舱结构增加了一个轨道舱，它是航天员在太空自由飞行时的生活舱和工作舱，航天员返回地面之前将其分离掉。这种方案的缺点是发射段救生复杂。
两舱设计没有轨道舱。从救生的角度来说，逃逸系统只需带走两舱，救生简单，但如果载3名航天员，而且他们的生活用品都放在返回舱中的话，那么返回舱直径必须做到3米以上，这会带来一系列技术难点。
硬通道方案也采用三舱，但返回舱在最上面。它采用一个外置刚性通道来连接返回舱和轨道舱，航天员可以通过通道进入轨道舱。这种方案救生最容易，但很难在技术上做到实用可靠：通道太大了，影响发射，太小了又达不到目的。
轨道舱位于飞船前部，其外形为两端带有锥角的圆柱形，两侧各装有可绕单轴旋转的太阳电池阵，外部还装有太阳敏感器和各种天线等。在不执行交会对接任务时，轨道舱前端安装的是附加段，而在执行交会对接任务时，前部则安装一个对接机构。轨道舱装有船上各分系统为飞船自主飞行和留轨飞行工作所需的设备及有效载荷，这些设备分装于轨道舱两侧，中间作为航天员在太空中的生活空间。
神舟飞船的目的不仅仅是为了载人，还有一系列对地观测和科学实验任务，重点完成出舱活动、交会对接试验和发射空间实验。利用留轨舱进行交会对接试验，可充分利用飞船的技术成果研制出一个空间实验室，解决我国一定规模的空间应用问题，以弥补飞船的有效载荷少、飞行时间短、单位有效载荷发射成本太高的缺陷，使我国尽早建立起相对完整配套的载人航天工程体系。
从已发射的神舟飞船看，我国飞船留轨实验已取得丰硕成果。神舟四号留轨的空间环境探测仪器随轨道舱在轨运行期间，对飞船运行轨道进行了详细的监测，为研究和预报空间环境、改进飞船设计等提供数据服务，为载人飞船的正式飞行充当了“侦察兵”的作用。
载人时轨道舱是航天员的生活舱，舱内温度要求保持在21℃±4℃，留轨实验后不需要保持温度。如何解决轨道舱任务不同时的温差问题？据中国空间技术研究院飞船总体室副主任朱枞鹏介绍，卫星采用被动温控，类似穿“棉衣”保温的办法；轨道舱则采用主动温控，类似于空调的办法，采用流体工质通过回路从高到低散热，以保持载人时舱内恒温。针对留轨时的要求，专家们还想出了一个类似“百叶窗”的办法，在轨道舱壁两侧安装散热装置，载人阶段“百叶窗”关闭，留轨时打开散热。
