Vanwege het naderende pensioen van de ruimteveren, de vrachtschepen van de ruimtevaart, zou het ISS bij defecten in grote problemen kunnen komen. Daarom brengen de zes bemanningsleden van de Atlantis, allen Amerikanen, tijdens hun elfdaagse missie een grote voorraad reserveonderdelen naar het ruimtestation.Op de terugweg neemt de bemanning van de Atlantis de astronaute Nicole Stott met zich mee. Zij verbleef bijna drie maanden aan boord van het ISS.

Voor een van de bemanningsleden van de Atlantis, Randolph Bresnik, wordt het een bijzondere vlucht. Zijn hoogzwangere vrouw is halverwege de missie uitgerekend. Volgens de huidige planning van de NASA maakt Bresnik zich klaar voor zijn eerste ruimtewandeling op het moment dat op aarde, 350 kilometer lager, zijn eerste dochter ter wereld komt.