虽然天舟一号的主要功能是“运货”，但在满足运输货物需求的同时，天舟一号还可以最大限度地发挥平台效能，随船搭载了几十台载荷设备，将在轨开展十余项载荷试(实)验。
记者从中国科学院获悉，天舟一号货运飞船将开展微重力对细胞增殖和分化影响研究、两相系统实验平台的关键技术研究、非牛顿引力实验检验的关键技术验证、主动隔振关键技术验证等4项科学实验研究及技术验证试验。
天舟一号携带的8种细胞样品，将在空间进行30天的细胞贴壁培养和悬浮培养。研究成果期望可应用于心脏、肝脏疾病的治疗、器官移植、生殖健康，以及预防和治疗骨质变化疾病等方面。其中空间人类胚胎干细胞定向分化生殖细胞研究属国际首创，主要研究微重力环境下人的生殖细胞发育与成熟基本规律，为太空人类生殖提供理论依据和技术支持。
国际上首次蒸发与冷凝组合空间实验将在天舟一号进行。这一实验由我国科学家首次提出，有望为我国空间站两相系统实验柜和流体科学实验载荷研发奠定技术基础。
非牛顿引力实验检验目的是检验微米作用距离下物体之间的引力关系是否仍然满足牛顿万有引力定律，是一个纯基础物理实验，可以为引力理论的研究提供重要的实验依据，具有十分重要的科学意义。在这个实验中，一个很核心的技术是静电悬浮加速度计，本次飞行实验就是检验这一核心技术。
华中科技大学引力中心教授周泽兵说，静电悬浮加速度计相对传统加速度计而言，具有测量范围小、精度高等特点，仅有法国等几个少数国家掌握这一尖端技术，并且对我国高度保密，我们只能自主研发。本次飞行实验不仅加速度计检验精度更高，为下一步的非牛顿引力实验提供了技术基础，还为我国卫星重力测量和空间引力波探测等计划的实施提供重要支撑。
航天器虽然处于微重力环境，但是由于星上、船上的姿轨控、风机、飞轮、帆板的动作，带来了很多扰动。如果不能克服这些微扰动，科学实验就达不到微重力的效果，失去了上天实验的意义。由中科院空间应用工程与技术中心主导的“主动隔振技术”将在天舟一号进行六自由度磁悬浮关键技术验证，并为非牛顿引力验证项目提供高水平微重力环境。这是我国首次在空间实施这一技术验证，将使我国成为继美国和加拿大后第3个在轨采用主动隔振控制技术服务于空间微重力实验研究的国家。
