天宫二号空间实验室是在天宫一号备份目标飞行器基础上改进研制而成，由实验舱和资源舱组成，总长10.4米，舱体最大直径3.35米，太阳帆板展开后翼展宽度约18.4米，起飞重量约8.6吨，具有与神舟载人飞船和天舟货运飞船交会对接、实施推进剂在轨补加、开展空间科学实验和技术试验等重要功能。
天宫二号空间实验室于2016年9月15日发射入轨，设计在轨寿命2年，截至目前，已在轨飞行超过1000天，平台及载荷功能正常、状态良好，受控再入大气层各项准备工作正在按预定计划扎实稳步推进。
天宫二号上有着不少“上海元素”——
由中科院上海植物生理生态研究所与上海技术物理研究所搭建的迷你培养箱，完成了国内首次“从种子到种子”的空间长周期培养，为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统、控制植物开花、提高植物生产效率等提供了依据。
在天宫二号上面，还有一个特殊的计时工具，它是目前整个太空中走时最精准的钟，名字叫作冷原子钟。此前，太空中的热原子钟已达到300万年误差一秒的精度，而搭载在天宫二号上面的冷原子钟更进一步，达到了3000万年误差少于一秒的超高精度。中国科学院上海光机所承担了天宫二号空间冷原子钟载荷分系统的研制工作，经过十余年的攻关，突破了一系列关键技术。
天宫二号对地观测面的“肚子”上，有一台由中科院上海技物所自主研制的新型地球观测仪器，学名叫“多角度宽波段成像仪”，主要任务是观测大气、海洋和陆地，它由8台分4层结构精心设计的小相机组成，这些相机拼接组合在一起，能够同时获取目标的可见近红外、短波红外和热红外波段的光谱图像和多角度偏振信息，在环境与灾害预测、资源调查、农林普查和气象预报等方面发挥着重要作用。
据悉，天宫二号再入大气层后，我国将及时对外发布信息、通报有关情况，坚定履行负责任大国的国际义务。
