Az űrsikló legfontosabb rakománya a Kibo (Remény) japán kutatómodul négy egységének egyike. A Discovery emellett a Nemzetközi Űrállomás (ISS) egyetlen űrillemhelyének a napokban meghibásodott alkatrészét felváltó szerkezetet is magával szállít.
Az indítást követő kilencedik percben az űrrepülőgép, miután megvált az emelkedésére rásegítő két gyorsító-rakétájától, ledobta külső üzemanyagtartályát, és Föld körüli orbitális pályára állt; a repülési terv szerint hétfőn köt ki a Nemzetközi Űrállomáson.
Időközben az űrhajósok alaposan átvizsgálják hajójuk hővédő pajzsát, hogy egy esetleges sérülés ne vezessen tragédiához a visszatéréskor, mint az történt 2003 februárjában a Columbia űrsiklóval.
A több mint 11 méter hosszú Kibo modul szinte kitölti a Discovery egész rakterét. Az űrhajósok három külső űrszerelési munka során illesztik a helyére. A modult teljes egészében a soron következő űrsiklórepülések alkalmával építik ki.
A Kibo az asztronauták számára egyaránt lesz lakó- és munkatér. A tervek szerint a repülés ötödik napján nyitják ki a modult, és kúsznak át az űrhajósok a belsejébe.
A mostani küldetés alkalmával karbantartási munkákat is végeznek az ISS külső burkán: kicserélnek egy nitrogéntartályt, és ismételten megvizsgálják az egyik napelemtábla forgatórendszerét, amelyen korábban gondok akadtak, és azóta kikapcsolva tartják a rendszert.
A Discovery legénységének egyik tagja, az amerikai Greg Chamitoff a Nemzetközi Űrállomáson marad felváltva az ugyancsak amerikai Garrett Reismant, aki három hónap után tér vissza a Földre.