7月24日14時22分，搭載問天實驗艙的長征五號B遙三運載火箭，在中國文昌航天發射場準時點火發射，約495秒後，問天實驗艙與火箭成功分離並進入預定軌道，發射取得圓滿成功。
這是中國載人航天工程立項實施以來的第24次飛行任務，發射的問天實驗艙是中國空間站第二個艙段，也是首個科學實驗艙。問天實驗艙由工作艙、氣閘艙和資源艙組成，起飛重量約23噸，主要用於支持航天員駐留、出艙活動和開展空間科學實驗，同時可作為天和核心艙的備份，對空間站進行管理。
據中國載人航天工程辦公室消息，問天實驗艙入軌後，順利完成狀態設置，於香港時間7月25日凌晨3時13分，成功對接於天和核心艙前向端口，整個交會對接過程歷時約13小時。這是中國兩個20噸級航天器首次在軌實現交會對接，也是太空站有太空人駐留期間首次進行太空交會對接。按任務計畫，神舟十四號太空人隨後進入問天實驗艙。
執行此次發射任務的運載火箭及問天實驗艙，分別由中國航天科技集團有限公司所屬的中國運載火箭技術研究院和中國空間技術研究院抓總研製。問天實驗艙與天和核心艙完成對接標誌著中國太空站建造任務又向前邁出一大步。
問天實驗艙是中國太空站的第二個艙段，主要用於支持太空人駐留、出艙活動和開展太空科學實驗。