在我国首次空间交会对接试验中，首先是2011年9月29日21时16分用长征二号FT1运载火箭成功发射了天宫一号目标飞行器。它在进入轨道后陆续经历了变轨控制、在轨测试和交会对接准备3个阶段。在神舟八号发射前，北京航天飞行控制中心对天宫一号进行了轨道控制和调相控制，使其进入高度为343公里的交会对接轨道。2011年10月30日19时34分，在北京航天飞行控制中心的精确控制下，天宫一号偏航180°，建立倒飞姿态，这标志着天宫一号已为实施首次空间交会对接做好了准备，等待与神舟八号飞船进行“太空初吻”。
2011年11月1日5时58分07秒，我国又用长征二号F遥八运载火箭在零窗口把作为追踪飞行器的神舟八号飞船精确送入近地点约200公里、远地点约329公里、倾角为42°、周期5379秒的运行轨道，与天宫一号的距离为10000公里左右。
2011年10月26日，在酒泉卫星发射中心完成组装的神舟八号飞船被顺利转运至发射区，标志着神八发射已进入倒计时。
神舟八号此行有两个重要使命，一是突破空间交会对接技术，二是实现载人飞船的定型。定型的“神舟”飞船除了能运送3名航天员之外，还可以运送300千克货物上天，带回50千克载荷，并增加了交会对接用的测量和对接功能。此前，“神舟”系列飞船都是处于试验状态，结构不断变化和改进，而从神舟八号起，“神舟”系列飞船开始实现小批量生产。这不仅可以满足空间实验室和空间站的运输需求，提高可靠性，也有利于降低造价和缩短研制周期。为适应不同阶段的任务变化，“神舟”系列宇宙飞船先后有3种技术状态。
一是初期试验技术状态。神舟一号到六号飞船飞行时，为了使飞船的轨道舱留轨进行空间应用实验，在轨道舱上安装有一对太阳电池翼和独立的姿态控制系统，使轨道舱留轨以后具备卫星所应有的功能，可以作为科学实验卫星在轨工作半年，这也是我国的一项创新。为增加空间应用试验，有的飞船还在轨道舱前面增加一个附加段。
二是出舱活动试验技术状态。神舟七号飞船轨道舱除具备生活舱功能外，还具有出舱活动用的气闸舱功能。航天员翟志刚从轨道舱的侧舱门出舱，实现了中国人的首次太空行走。轨道舱还预留了舱外航天服，配置轨道舱泄复压系统、出舱支持设备和舱外行走扶手，但取消了太阳电池翼和姿态控制系统，不进行留轨利用。
三是天地往返运输器技术状态。神舟八号采用了此技术，用于与天宫一号进行交会对接试验，并成为天地往返运输器。以后的“神舟”系列载人飞船都将采用这种技术。其特点是轨道舱也不再进行留轨利用，所以轨道舱上没有太阳电池翼和姿态控制系统等设施，但在轨道舱的前端安装了用于交会对接的测量、运动控制等设备和用于对接的机构。飞船定型后，其外形、结构、控制服务系统和数据传输等基本要素都将保持不变。但并非每艘飞船都一样，要根据不同任务需求做细节改动。
摇篮中的神舟八号
神舟八号全长9米，最大直径2.8米，起飞质量8.1吨。它是在试验性飞船基础上，取消了轨道舱附加段和轨道舱留轨功能，而在轨道舱上增加了微波雷达、激光雷达、CCD光学敏感器等交会测量设备，以及主动式对接机构，具备自动和手动两种交会对接与分离功能，对接后与天宫一号形成组合体。
高精度测量设备用于测量神舟八号与天宫一号的距离、速度、角度和姿态，保证对接时两个航天器的相对位置误差不超过18厘米，姿态误差不超过5°；飞船上的光学系统用于保证在交会对接时能看得更清楚，从而平稳对接。
对接机构采用导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接后可形成直径0.8米的连接通道，未来的航天员将通过这个通道进入到天宫一号。它十分复杂，有118个传感器、5个控制器、上千个齿轮轴承、18个电机和电磁拖动机构、数以万计的零件和紧固件。对接机构最主要的技术难点有四个：一是如何保证两个飞行器相撞时“不撞坏、不弹开”，软硬适度；二是如何保证很多相互矛盾的动作(如推拉、合分等)组合在一起具有高可靠度；三是许多复杂的产品要协调安装于周边，中间留出人孔通道，如何实现系统集成；四是如何在地面充分试验，模拟天上微重力情况下的对接分离过程。经过攻关，我国研制的对接机构可以适应从8.5吨的小型空间实验室到数百吨的大型空间站各舱段间的对接，载荷适应能力非常强。
神舟八号上的“异体同构周边”式对接机构特写
与以前的“神舟”飞船相比，神舟八号改进了航天员手动控制设备，增加了8台平移发动机和4台反推发动机，它们遍布周身，可从各个角度和方向提供推力，使飞船不仅可以向前运动，还能平移（包括上下运动）和后退，用于控制飞船和目标飞行器的相对位置，保证对接时系统运行更自由，同时提供紧急避撞的动力，一旦飞船遇险，可以实现及时返回撤离。
另外，为提高飞船的性能及安全性、可靠性，设计人员对其部分系统也进行了改进。比如飞船在前期可独立飞行5〜7天的基础上，具有了与天宫一号以及空间实验室或空间站对接后停靠180天的能力；推进舱上的太阳电池翼发电能力比以前的“神舟”飞船提高了50%；改进了降落伞和着陆缓冲系统，提高了安全性和可靠性，以适应未来空间站任务的要求。比如，对降落伞薄弱环节进行了加强，而且增加了牵顶伞，使得返回舱的回收能力具有50%以上的余量，同时降落伞的破损程度与以往相比也明显降低，进一步提高了整个回收系统的可靠性。
为了安全起见，航天员乘返回舱落地时要提升其座椅，以便减少落地时的冲击力，让航天员着陆时感觉更舒适。设计人员对神舟八号返回舱内航天员座椅下的提升装置进行了改进，用压缩空气取代了燃气，并相应地增加了一套气源组件系统作为动力源。因为如果采用燃气，一旦发生泄漏，后果将不堪设想。压缩空气的使用意味着即使发生泄漏也不会对航天员的身体产生任何不利影响。
由于交会对接对飞船的控制能力提出了更高的要求，神舟八号上配备了运算能力更强大的计算机，对控制系统能力进行了升级。为满足交会对接和返回需求，神舟八号此次满载1吨推进剂，同时配备了应急电池。
神舟八号飞船与2012年将要发射的神舟九号、神舟十号飞船一样，都是按照载人状态设计的。神舟八号增加了两种设备，一种是图像记录设备，它将这次交会对接试验全过程记录了下来，这对于航天员地面训练将会很有帮助。另一种是力学参数测量设备，它将神舟八号飞船飞行过程中的各种力学参数记录下来，这对于评价飞船的载人力学环境是很有意义的。总体上讲，通过这次飞行，可以验证改进后的飞船能否适应载人航天飞行的要求。
神舟八号舱外新增了摄像机，采用扩频通信方案，即先进的压缩编码体制和双路图像传输模式，大大提高了图像传输质量，保证了画面能够清晰地传回地面。
经过这些改进和交会对接任务的飞行验证，将逐步形成标准配置、状态固化的载人天地往返飞船，为后续任务的组批投产奠定基础。神舟八号全部实现了国产化，所有单机设备均为自主研制，有关指标更加先进并趋近甚至赶超国际一流。
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