神舟二十一号载人飞船搭乘了三名航天员，他们是航天驾驶员张陆，以及航天飞行工程师武飞和载荷专家张洪章。此次任务是张陆继神舟十五号任务后的第二次飞行，而武飞和张洪章则是首次执行飞天任务。按计划，他们将在天宫空间站在轨驻留约6个月，期间将开展27项空间科学与应用研究。
此次任务的一个显著亮点是，神舟二十一号飞船将四只小鼠（两雄两雌） 送往空间站。正如中国载人航天工程新闻发言人张静波此前介绍，这是中国首次在轨实施国内啮齿类哺乳动物空间科学实验。此项研究主要旨在探究微重力、密闭环境等太空条件对动物行为模式的影响。在任务结束后，这些小鼠将被带回地面，科研人员将对它们的多个组织和器官在太空环境下的应激反应及适应性变化进行更深入的后续研究。