Samolot jest bezzałogowy. Ma dziewięć metrów długości i waży pięć ton. Kształtem przypomina nieco amerykańskie promy kosmiczne. Wyposażono go w systemy automatycznego wchodzenia w atmosferę i lądowania. X-37B poleciał na pokładzie rakiety Atlas V. Na orbicie będzie czerpał energię z promieni słonecznych dzięki panelom słonecznym i litowo-jonowym bateriom.
Nie wiadomo dokładnie, co jest celem misji. Amerykańscy dowódcy mówią tylko, że chcą przetestować systemy energetyczne i mechaniczne oraz nawigację i odporność na wysokie temperatury. To, kiedy kosmiczny samolot wróci na Ziemię, też jest tajemnicą. Misja może jednak potrwać maksymalnie 270 dni.