العودة من المدار تعني الاصطدام بالغلاف الجوي بسرعة تقارب 7.8 كيلومترات في الثانية. يؤدي الاحتكاك والضغط إلى تسخين الهواء المحيط بالمركبة إلى آلاف الدرجات. يمتص الدرع الحراري هذه الطاقة أو يصرفها ليحمي الهيكل الموجود أسفله.

تختلف المواد المستخدمة باختلاف المهمة. استخدمت أبولو درعًا حراريًا يحترق بطريقة مُتحكَّم بها، حاملًا معه الحرارة. أما مكوك الفضاء فاستخدم بلاطات من الكربون المقوى وبلاطات من السيليكا تشع الحرارة.

مواد الحماية الحرارية الشائعة

• المواد المركبة القابلة للتآكل التي تتفحم وتتآكل
• ألياف الكربون المقواة للحواف الأمامية
• بلاط السيليكا للمركبات القابلة لإعادة الاستخدام
• مادة كربونية مشبعة بالفينول قابلة للاستئصال لدخول سريع

أي خرق هو أمر كارثي. فقد أدى تلف بلاطة في جناح كولومبيا إلى فقدان المركبة وطاقمها في عام 2003، مما استدعى تغييرات كبيرة في إجراءات التفتيش.