Trước khi một thiết bị được đưa vào không gian, các kỹ sư phải biết nó sẽ phản ứng thế nào trước những điều kiện mà nó sắp gặp. Họ có thể đặt thiết bị lên bàn rung để tái tạo một phần môi trường phóng, đưa nó vào buồng chân không và thay đổi nhiệt độ; các mức thử thường được chọn cao hơn điều kiện dự kiến khi bay một khoảng dự phòng. Mục tiêu không đơn giản là xem thiết bị có còn hoạt động hay không. Họ còn muốn đo nó thay đổi ra sao, tìm những điểm yếu hoặc lỗi chế tạo chưa lộ ra và xem kết quả có phù hợp với những gì đã dự đoán hay không.

Từ lúc phóng đến khi hoạt động trong không gian, thiết bị gặp những điều kiện rất khác với trên mặt đất. Khi phóng, kết cấu phải chịu rung động, tiếng ồn và tải trọng lớn. Trong chân không không còn không khí để mang nhiệt đi bằng đối lưu, nên nhiệt chủ yếu truyền qua các chi tiết tiếp xúc nhau hoặc bằng bức xạ. Nhiệt độ của từng bộ phận phụ thuộc vào cân bằng giữa nhiệt nhận vào, nhiệt do thiết bị tự tỏa ra và nhiệt bức xạ đi mất: mặt hướng về Mặt Trời có thể nóng lên, còn mặt trong bóng tối lạnh đi nhiều. Linh kiện điện tử còn chịu bức xạ không gian, tức các hạt và tia năng lượng cao, có thể làm chúng suy giảm dần hoặc gây lỗi tức thời. Sau đó, hệ thống có thể phải làm việc nhiều năm ở nơi gần như không thể sửa chữa trực tiếp. Một thiết kế hoạt động tốt trên mặt đất vì thế chưa chắc đã hoạt động tốt ngoài không gian.

Trong phòng thí nghiệm, những bài toán lớn được chuyển thành những câu hỏi có thể đo được. Một vật liệu giãn ra bao nhiêu khi nhiệt độ thay đổi? Một kết cấu phản ứng mạnh ở những tần số nào khi bị rung? Một cảm biến bắt đầu mất độ chính xác trong điều kiện nào? Khi từng tham số được thay đổi có kiểm soát và phản ứng của hệ thống được ghi lại, các kỹ sư dần thấy được yếu tố nào ảnh hưởng nhiều nhất đến kết quả. Từ đó, cùng với tính toán, họ ước lượng thiết kế còn dư bao nhiêu so với những điều kiện sẽ gặp.

Không thể chế tạo rồi thử mọi phương án, nên thí nghiệm thường đi cùng mô hình. Từ các quy luật vật lý, đặc tính vật liệu và dữ liệu đã đo, kỹ sư dự đoán hệ thống sẽ phản ứng thế nào khi điều kiện thay đổi. Những dự đoán ấy sau đó được đối chiếu với phép thử. Nếu kết quả không phù hợp, người ta phải xem lại giả định, dữ liệu đầu vào, cách mô hình hóa, cách đo hoặc chính thiết kế. Ngay cả khi mô hình khớp với phép thử, điều kiện càng xa những gì đã đem ra so sánh thì kết quả của nó càng kém chắc chắn.

Trong kỹ thuật không gian, hiếm khi có một lựa chọn tốt nhất về mọi mặt. Làm kết cấu nhẹ hơn giúp giảm khối lượng phóng nhưng có thể làm giảm độ cứng. Tăng công suất phát của một thiết bị liên lạc có thể giúp truyền được nhiều dữ liệu hơn, nhưng cũng cần thêm năng lượng và phải tản thêm nhiệt. Thêm lớp che chắn bức xạ cho linh kiện điện tử giúp giảm tác động lên chúng nhưng làm tăng khối lượng và chiếm chỗ của những phần khác. Mỗi thay đổi cần được xem xét cùng với toàn bộ hệ thống: cải thiện một bộ phận có thể tạo ra vấn đề mới ở nơi khác.

Một công nghệ được đưa lên không gian không phải chỉ vì người ta kỳ vọng nó sẽ hoạt động. Trước đó phải có đủ phép đo, mô hình và thử nghiệm để đánh giá nó trong những điều kiện đã xác định. Có kết quả xác nhận dự đoán, có kết quả buộc kỹ sư xem lại giả định hoặc sửa thiết kế; qua từng vòng như vậy, điểm yếu được loại bớt và bằng chứng về hệ thống dày thêm. Nhưng phòng thí nghiệm không thể tái tạo đầy đủ điều kiện bay, thử mọi tình huống hay kiểm tra trọn vẹn nhiều năm làm việc, nên bằng chứng chỉ cho biết hệ thống đáng tin đến đâu, và không thể bảo đảm rằng nó sẽ không hỏng. Phòng thí nghiệm công nghệ vũ trụ vì thế là nơi tạo ra bằng chứng để cân nhắc một công nghệ đã sẵn sàng bay hay chưa.