Việc quay trở lại từ quỹ đạo có nghĩa là va chạm với khí quyển với tốc độ khoảng 7,8 km/giây. Ma sát và lực nén làm nóng không khí xung quanh phương tiện lên đến hàng nghìn độ. Tấm chắn nhiệt hấp thụ hoặc thải ra năng lượng đó để cấu trúc bên dưới có thể chịu được.

Vật liệu chế tạo khác nhau tùy thuộc vào từng nhiệm vụ. Chương trình Apollo sử dụng tấm chắn tự bốc cháy có kiểm soát, mang theo nhiệt lượng tỏa ra. Tàu con thoi sử dụng các tấm carbon-carbon gia cường và tấm silica có khả năng tản nhiệt.

Các vật liệu chắn nhiệt thông dụng

• Vật liệu composite chịu mài mòn, bị cháy xém và ăn mòn.
• Vật liệu carbon-carbon gia cường cho các cạnh dẫn hướng
• Gạch silica dùng cho xe tái sử dụng
• Vật liệu chống cháy bằng carbon tẩm phenolic dùng cho các pha vào tốc độ cao.

Bất kỳ sự vi phạm nào cũng đều có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng. Một mảnh gạch bị hư hại trên cánh của tàu Columbia đã dẫn đến việc tàu và phi hành đoàn thiệt mạng vào năm 2003, điều này đã thúc đẩy những thay đổi lớn trong quy trình kiểm tra.