天宮二號目前設計在軌壽命2年，具備支援2名航天員在軌工作、生活30天的能力。

天宮二號空間實驗室裝載了空間冷原子鐘等14個空間應用載荷，這些應用專案大都代表著相關科學技術領域的國際先進水平，有望取得一批重大應用成果，為中國空間科學和應用技術的發展添磚加瓦。天宮二號裝載了世界第一臺在太空執行的空間冷原子鐘，有望實現10-16秒量級的超高精度，將目前人類在太空的時間計量精度提高1到2個數量級，也就意味著這個鍾執行約3000萬年才會產生1秒的誤差，這是該領域的國際領先水平。再比如，裝載的伽瑪暴偏振探測儀，透過對伽瑪暴和太陽耀斑進行高靈敏度偏振觀測，有助於進一步瞭解伽瑪暴的本質，進而開展宇宙結構、起源和演化方面的研究，這臺載荷將填補當前伽瑪暴觀測中高靈敏度偏振測量手段的空白。

還有，天宮二號裝載的寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀等新一代對地觀測遙感儀器和地球科學研究儀器，技術體制新，指標先進，這些載荷的應用，將會提高中國在全球氣候變化研究、大氣汙染和大氣成分監測等領域的技術水平，將會產生顯著的社會經濟效益。此外，天宮二號還將開展多項新型材料的製備試驗，及流體物理等基礎科學領域的空間實驗，還將在天宮二號和神舟十一號完成組合體時，釋放一顆伴隨衛星，與天宮二號伴飛開展聯合試驗。