神舟二号有效载荷设备主要承研单位9个，主要科学研究单位16个。自主飞行期间主要进行材料科学、生命科学试验，同时穿插进行部分对地观察设备的在轨测试试验及空间天文、环境监测仪器的试验任务。留轨期间主要进行对地观测试验、空间天文观测和以高层大气为主的空间环境监测试验。神舟二号飞船有效载荷64件，包括返回舱15件、轨道舱12件、附加段37件。以空间观测和科学实验为主，主要包括：多工位空间晶体生长炉、空间晶体生长观察装置、空间蛋白质结晶装置、空间通用生物培养箱、空间天文观测系统、窗口组件、空间环境监测系统、微重力仪、有效载荷公用设备等。有效载荷配置飞船在轨162天，各项有效载荷按运行控制流程圆满完成试验任务。