天舟货运飞船旨在补给空间实验室以及中国空间站的推进剂、空气、航天员的饮料、食物以及用于维修空间站的更换设备，以延长空间实验室和空间站的运行寿命。
货运飞船发射后会与空间实验室或空间站进行自动交会对接。为空间实验室或空间站自动补加推进剂以及空气。饮水、食物、以其他器物设备则需驻空间实验室或空间站的航天员从货运飞船上搬运到站内。同时，货运飞船亦可充当空间站的“垃圾桶”，航天员取出货运飞船升空携带的物品后，可将站内的废弃物品搬运到货运飞船上，关闭气闸后，货运飞船脱离空间站，返回地球时废弃物连同货运飞船在大气层中烧毁。
