W ramach swojej misji Atlantis przetransportuje na MSK sześcioosobową załogę, która spędzi na orbicie 12 dni. Astronauci trzykrotnie będą wychodzili w otwartą przestrzeń kosmiczną. Wahadłowiec ma dostarczyć na stację kosmiczną rosyjski moduł MIM-1 Rasswiet, który zostanie przyłączony do MSK. Na MIM-1, którego masa wynosi prawie 8 ton, będą realizowane eksperymenty m.in. w sferze biotechnologii i materiałoznawstwa. Ponadto, wahadłowiec przewiezie na MSK znaczną ilość innych ładunków, w tym prowiant dla załogi stacji . Zbliżający się lot Atlantisa będzie 132. misją w programie Space Shuttle, którego realizacja rozpoczęła się w 1981 roku. Będzie to także 34. wyprawa promu kosmicznego w ramach rozpoczętej w grudniu 1998 roku budowy MSK. Ostatni lot nie oznacza dla Atlantisa końca działalności w kosmosie. NASA poinformowała, że w trakcie dwóch wypraw innych wahadłowców Atlantis będzie spełniał rolę statku zabezpieczającego na wypadek, jeśli zaistnieje potrzeba ewakuowania załogi z orbity okołoziemskiej. Łącznie do zakończenia realizacji programu Space Shuttle amerykańskie wahadłowce mają odbyć jeszcze tylko trzy loty, wliczając w to majowy start Atlantisa.