Die Fähre war am 16. Mai zur ISS gestartet und hatte zwei Tage später an ihr angelegt. Hauptaufgabe von "Endeavour"-Kommandant Mark Kelly und seiner Mannschaft war es, das Alpha-Magnet-Spektrometer AMS-02 auf die Umlaufbahn zu bringen, mit dem die Zusammensetzung der kosmischen Höhenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision vermessen werden soll.

Kelly sagte bei der Verabschiedung von der 28. ISS-Stammbesatzung, das Gerät habe bereits gewaltige Datenmengen gesammelt. Er sei nun gespannt, welche Entdeckungen mit ihm gemacht werden. An der Entwicklung des 1,5 Milliarden Euro teuren Detektors waren rund 600 Wissenschaftler aus 56 Forschungsinstituten in 16 Ländern beteiligt, darunter auch aus Deutschland.

Bei vier Ausstiegen in den freien Raum setzten die Shuttle-Astronauten zudem einen 15 Meter langen Roboterarm an die ISS um nahmen sowie umfangreiche Montage- und Wartungsarbeiten vor.

Unmittelbar nach dem Ablegen von der Station drehte der Shuttle in rund 200 Metern Entfernung noch eine "Ehrenrunde" um die Station, um ihre derzeitige Struktur auf Fotos und in Filmen zu dokumentieren. Danach sollte bei einem fiktiven Wiederannäherungsmanöver noch ein Sensor für das Rendezvous-System des geplanten viersitzigen Mehrzweckraumschiffs MPCV (Multi-Purpose Crew Vehicle) getestet werden. Es wird vom Raumfahrtkonzern Lockheed Martin entwickelt und ist vorwiegend für längere Flüge zu erdnahen Asteroiden und zum Mond, aber auch zur ISS ausgelegt.

Die Raumfähre erhält nach ihrer Rückkehr zur Erde einen Ehrenplatz in einem Museum in Kalifornien. Mit dem Start der "Atlantis" am 9. Juli wird das Shuttle-Programm dann nach 30 Jahren aus Kosten- und Sicherheitsgründen ersatzlos eingestellt.