Возвращение с орбиты означает столкновение с атмосферой со скоростью примерно 7,8 километров в секунду. Трение и сжатие нагревают воздух вокруг аппарата до тысяч градусов. Теплозащитный экран поглощает или рассеивает эту энергию, благодаря чему конструкция под ним выдерживает нагрузку.

Используемые материалы различаются в зависимости от миссии. В программе «Аполлон» применялся абляционный экран, который контролируемым образом сгорал, унося с собой тепло. В космическом челноке использовались армированные углеродно-углеродные и кремнеземные плитки, которые отводили тепло.

Распространенные материалы для теплозащитных экранов

• Абляционные композиты, которые обугливаются и подвергаются эрозии.
• Усиленный углерод-углерод для передних кромок.
• Кремниевые плитки для многоразовых транспортных средств
• Фенольный углеродный аблятор для высокоскоростных входов

Любое нарушение влечет за собой фатальные последствия. Поврежденная плитка на крыле «Колумбии» привела к потере аппарата и экипажа в 2003 году, что послужило поводом для серьезных изменений в процедурах инспекции.