O regresso da órbita significa atingir a atmosfera a aproximadamente 7,8 quilómetros por segundo. O atrito e a compressão aquecem o ar em redor da nave a milhares de graus. Um escudo térmico absorve ou dissipa essa energia, permitindo que a estrutura que se encontra por baixo sobreviva.

Os materiais variam de acordo com a missão. O programa Apollo utilizava um escudo ablativo que se consumia de forma controlada, dissipando o calor. O Space Shuttle utilizava placas reforçadas de carbono-carbono e placas de sílica que irradiavam o calor.

Materiais comuns de proteção térmica

• Compósitos ablativos que carbonizam e erodem
• Carbono-carbono reforçado para arestas de ataque
• Placas de sílica para veículos reutilizáveis
• Ablator de carbono impregnado com fenólico para entradas de alta velocidade

Qualquer falha é fatal. Uma placa danificada na asa do Columbia levou à perda da aeronave e da tripulação em 2003, o que motivou grandes alterações nos procedimentos de inspeção.