X-37B机长8.9米，翼展4.5米，高2.9米，采用双倾斜尾翼布局，发射重量约为5吨，整体尺寸仅相当于航天飞机的四分之一。动力系统采用一台AR2-3火箭发动机，最大推力为29.3千牛，主要用于X-47B实施在轨机动以及再入时的离轨机动。该机在轨最大飞行速度可达25马赫。其机身中部有一个长2.1米、宽1.2米的有效载荷舱（舱顶部可像航天飞机一样开启），能携带重达272公斤的试验设备，该机每次飞行可配备不同的有效载荷以执行不同任务。
X-37B的一大优势就是具备长期在轨运行能力。该机可根据任务需要，灵活调整在轨时间，设计指标最长达270天（实际可达469天）。X-37B入轨后，会展开一个小型砷化镓太阳能电池板，为自身补充能源。此外，X-37B还使用锂离子蓄电池提供能源。这种长期在轨能力，使得X-37B不同于传统侦察卫星，具有较强的持续作战能力，特别是其具有很强的机动变轨能力，能够根据作战需要移动到不同的位置执行军事任务。
X-37B目前共制造了2架，截至2017年9月已执行过5次秘密在轨任务，其中执行第4次任务期间（2015年5月20日发射），创造了连续在轨717天的新纪录，远超其“最长在轨运行270天”的设计指标。由于X-37B的任务细节属于绝密级，外界很难猜测，但2011年3月，第二架X-37B执行任务期间，英国广播公司（BBC）曾援引英国航天杂志的报告称，X-37B或正从事监视俄军“钟声”系列侦察卫星的间谍任务，由此从侧面证实了其一大任务就是秘密监视“潜在对手”的在轨航天器。
2011年3月，美国“电气和电子工程师协会”（IEEE）反驳了英媒报道，IEEE网站发文称，BBC所谓的美军X-37B“监视”俄军侦察卫星的说法是一个“灾难性的谬误”，因为两者在轨道上相错而过时，它们的相对速度高达每秒8公里，X-37B在如此高的速度下不可能搜集到任何情报。IEEE资深观察家鲍勃·克里斯蒂也指出，这一报告完全忽视了“升交点黄经”（又称称交点黄经，是轨道要素之一。对于地心和日心轨道，轨道上的天体运行到参考平面北侧时的通过点，被称为升交点或北交点。这个交点的位置可以被当作一个参数，用来描述航天器运行轨道）的差异。虽然X-37B与俄军侦察卫星的倾角和高度相近，但它们的“升交点黄经”差异在“俄军钟声”系列卫星运行期间从98°缓慢变化到100°，意味着它们是以高迎角相遇，绝无可能进行监视。
但从X-37B的技术性能看，美国科学家的这一指正更像是为X-37B所执行的“秘密任务”进行辩解。这个解释对一般侦察卫星而言或许能够成立，因为卫星体积有限，不能携带太多燃料用于变轨机动。但对X-37B而言，它除了主发动机外，机身上还有数个可用于调整机体姿态的微调推进器，完全可以在轨道固定的情况下调整机身角度，获得一个最佳拍摄角度，从而对目标进行监视。即使距离较远，其也可远距监视。由于X-37B的运行轨道刚好与众多民用和部分军用卫星（其中包括国际空间站）的轨道重合，利用机载传感器或者照相装置对“潜在对手”的航天器实施监视，应该是X-37B“信手拈来”的工作。
X-37B的潜在用途和发展潜力，实际上已超越了传统的“太空战机”。其任务不再是简单的侦察、捕获或“硬杀伤”摧毁敌方航天器，而有可能是为了发展更高层次的太空攻防武器充当“铺路石”，其未来发展动向值得高度关注。（文/黄晋一）
美军X-37B空天飞机在轨运行想象图。
