Jak je už všeobecně známo, let Columbie byl vlastně šestnáctidenním vědeckým maratónem. Vědci z celého světa připravili pro tento let 88 různých experimentů, které byly uspořádány v dvojitém výzkumném modulu RDM.

Tento tlakovaný modul o hmotnosti 3,4 tuny a objemu 62 krychlových metrů byl umístěn v nákladovém prostoru raketoplánu a astronauti, rozděleni do dvou směn, se nepřetržitě střídali při provádění experimentů. V podstatě se tak stali vědci, jejichž jména se v budoucnosti objeví v řadě vědeckých publikací. Ačkoliv množství získaných poznatků bylo ztraceno společně s raketoplánem, část výsledků zachráněna byla. A to sice v případech, kdy bylo možno získaná data odvysílat zpět na Zemi.

Reakce drobných živočichů

Biologické experimenty patřily bohužel často mezi ty, u kterých byl nutný návrat vzorků zpět na Zemi. Na palubě byly mimo jiné i živé vzorky drobných živočichů a rostlin, mezi nimi 8 pavouků, 4 housenky a 3 kukly bource morušového, 3 včely, 15 mravenců, 13 krys, ryby i vzorky jako jsou viry, baktérie či houby.

Řada experimentů zahrnujících tyto vzorky byla připravena studenty za účelem zkoumání vlivu stavu beztíže na jejich chování. Ač tyto vzorky nebyly vráceny zpět, astronauti například pozorovali, jak mravenci tunelují průhledný gel podobně jako v podmínkách na zemském povrchu, či spirálovitý růst mechu, který tak naopak na beztížný stav reagoval.

Výzkum lidského mozku

U některých experimentů posloužili jako zkoumané objekty samotní astronauti. Tyto studie byly zaměřeny na kardiovaskulární systém, poruchy a následnou regeneraci svalové hmoty či reakce mozku na situaci, kdy není žádné "nahoře" či "dole". Je známo, že lidský mozek si v takových podmínkách vytvoří jakýsi "model", který pomáhá tělu reagovat na neobvyklé situace způsobené beztížným stavem. Neví se ovšem, jak takový model vzniká.

Toto zjištění by mohlo být klíčem k pochopení každodenního učení lidského mozku. Pro dokončení těchto experimentů bylo většinou potřeba po návratu odebrat vzorky lidské tkáně či krve, a proto se zařadily do velké skupiny experimentů nedokončených.

Fyzikální studie

Poněkud lépe dopadly studie fyzikální. Mezi ně patřily pokusy s hořením. Na Zemi, v podmínkách gravitace, má plamen v důsledku stoupání horkého vzduchu kapkovitý tvar. V beztížném stavu vzniknou maličké kuličky o průměru několika milimetrů, které se kolem sebe pohybují. K hoření přitom potřebují jen nepatrné množství paliva. Vědci by samozřejmě chtěli takovou podmínku napodobit třeba ve spalovacích motorech automobilů.

V pokusné komoře SOFBALL bylo dosaženo hned několika rekordů v "kategoriích" nejslabší plamen, nejmenší množství paliva a nejdelší hoření. Nejslabší plamen vyzářil pouze 0,5 W energie. Pouze 8 procent vodíku ve směsi se vzduchem stačilo k hoření, ač v pozemských podmínkách je v nejřidší směsi 70 procent paliva. A konečně plamen, který dostal jméno Kelly, hořel po dobu 81 minut. Vzhledem k 90minutové oběžné době raketoplánu tak téměř obletěl celý svět.

Saze a zbytky z hoření

Jiný experiment se zabýval vznikem sazí a dalších nečistot při hoření. Saze jsou tvořeny drobnými částečkami a společně s dalšími látkami, jako je například oxid uhelnatý, se ukládají v plících. Některé studie ukazují, že jen ve Spojených státech zemře předčasně kvůli sazím na 60 tisíc lidí ročně. Dosud není známo, proč vlastně pevné částečky při hoření vznikají.

Studovat plameny v pozemských podmínkách - na rozdíl od stavu beztíže - je ale obtížné. Rozluštění této záhady by přispělo ke snížení množství škodlivých látek, které se do vzduchu dostávají z automobilů, letadel či továren. Zhruba polovina dat byla zachráněna.

Zemětřesení a sesuvy půdy

Velké škody při zemětřesení v oblasti San Francisca v roce 1989 byly způsobeny sesuvy půdy nasáklé vodou. Proto byly na palubě i experimenty s materiály, na kterých byly studovány podobné procesy. Navzdory ztrátě vzorků zde byla dosažena úspěšnost kolem 60 procent. Autoři experimentu se domnívají, že získali dostatek dat, aby byli schopni v konečném důsledku vyvinout metody pro lepší uchycení mostů či budov.

Mapování výskytu prachu

Izraelský experiment MEIDEX obsahoval kameru pro sledování výskytu prachu v zemské atmosféře, zvláště pak v oblasti Středozemí. Získané snímky, které byly odeslány na Zemi, budou využity pro studium klimatických změn. Experiment se rovněž zabýval tzv. "šotky", elektrickými emisemi, které - na rozdíl od blesků - vznikají nad bouřkovou oblačností.

Řada vědců, kteří experimenty pro Columbii připravovali, strávila s astronauty mnoho času. Ač přišli o výsledky často mnohaleté práce, ve svých vyjádřeních hovoří především o smutku nad ztrátou přátel a kolegů.