随着天宫二号空间实验室的发射成功，曾经被国际空间站计划拒之门外的中国即将迈入自己的空间站时代。按照规划，中国将在2020年至2022年间建成由三个舱段组成的空间站。届时，这座太空大房子将可以容纳3名航天员在太空中长期工作、生活。
空间站中生活的宇航员们，需要获得食物、水、空气等维持生存的必要补给，空间站的正常运行也需要不断补充燃料。同时，宇航员在空间站生活中产生的废物，不能直接抛弃在太空中，需要运出空间站销毁。在我国以往的载人航天飞行中，宇航员在太空停留的时间不长，这些工作都可以由搭载宇航员的神舟飞船自身完成。但当宇航员们成为了空间站中的长期居民时，神舟飞船一次300千克的货物运输能力已经不能满足需求，需要专门的货运飞船来承担快递员、加油车和垃圾桶的角色了。在我国的空间站工程中，这个任务被交给了天舟一号货运飞船。
（建成后的中国空间站，货运飞船是其重要组成部分）
与神舟飞船轨道舱、返回舱、推进舱的三舱结构不同，天舟一号只有两个舱段。位于飞船前部、个头较大的是货物舱。飞船需要向空间站运送的货物就装在其中。位于飞船尾部的是推进舱，它的作用是在飞船飞行过程中提供改变轨道的推力。同时，推进舱上安装的太阳能电池板也是飞船电能的来源。
（在厂房中起吊的天舟一号。可以看到尾部推进舱上折叠的太阳能电池板）
在本次飞行中，天舟一号将与天宫二号对接，在两个月的时间里完成3次“太空加油”试验。空间站所处的近地轨道上，仍然存在着稀薄的大气。在大气阻力的作用下，空间站的轨道高度会不断降低。如果任务期间遇到太阳风暴引起轨道大气密度增加，轨道高度就会下降的更快。放任这个过程继续将会让空间站坠落到大气层之内。1979年，由于美国航天部门对太阳黑子数的预报出了偏差，美国的第一艘空间站“天空实验室”没有得到足够的轨道维持，在不受控制的情况下提前坠入地球。因此，空间站必须定期打开助推器，提高自己的轨道高度。天舟一号的太空加油，可以及时补充空间站在这个过程中的燃料消耗。同时，天舟一号的推进舱自己也具有对组合体进行轨道维持的作用。在给汽车加油时，司机必须自己打开油箱盖、插入油枪。而天舟一号的加油则是全自动的。在对接完成后，天舟一号通过与天宫二号的对接接口，直接将燃料输送进去。
未来，当空间站有航天员驻扎时，在天舟一号对接之后，航天员会进入货物舱之内，搬出货物舱中运上来的补给。之后，货运飞船会停泊在空间站上，宇航员可以定期将空间站中产生的垃圾废物搬运到货物舱中，将天舟一号用作空间站的太空垃圾桶。当下一艘货运飞船即将发射时，货运飞船将会与空间站分离，在大气层中燃烧殆尽，销毁搭载的空间站垃圾。也就是说，天舟一号并不会像神舟飞船一样，能够将一个返回舱送回地面。
除了运送航天员需要的给养，天舟一号还设计了运送太阳能帆板、实验平台等空间站设备的功能。这些设备在运到空间站后将直接安装在空间站上，无需进入空间站内部的加压环境中。因此，天舟一号的货物舱在未来可以按需要改装成全密封、半密封或全开放三种货物构型。密封部分充气加压，运来运输一般给养，开放部分则直接与太空相通，用来运输安装在外部的设备。 在有需要时，天舟一号甚至可以直接把货物舱换成空间站的小型实验舱，运输到空间站去。
如果一次发射过程中，天舟一号没有“装满”，还有剩余的运输能力，航天部门将会在天舟一号上安排一些空间科学实验。在天舟一号的本次发射中，就安排了与空间技术、空间生物等有关的几个实验。
天舟一号的起飞重量有13吨，比天宫二号更重，是我们国家迄今为止发射的最重的航天器。因为以往的运载火箭已经不能发射重量这么大的载荷，航天部门为天舟一号量身打造了新一代中型运载火箭长征七号。去年长征七号第一次发射成时我们曾经对它坐过专门解读，感兴趣的读者可以参考《新长征，新征途：长征七号火箭，你了解多少？》一文（https://zhidao.baidu.com/daily/view?id=16037&preview=1）。
