2003年2月1日，“哥伦比亚号”航天飞机在代号STS-107的第28次任务重返大气层阶段中与控制中心失去联系，不久后被发现在德克萨斯州上空爆炸解体，7名宇航员全部遇难。
“哥伦比亚号”航天飞机事故调查委员会确定，此次事故是航天飞机发射期间外部燃料箱表面脱落的一块重约0.75kg公文包尺寸的泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的增强碳-碳隔热板造成的。当航天飞机返回大气层时，产生的剧烈摩擦使温度高达1400℃度的空气渗入左机翼，融化了内部结构，致使机翼和机体分离，导致航天飞机失控爆炸，造成悲剧发生。
灾难发生后，美国进行了大规模有组织的地面搜索，宇航员遗体和航天飞机残骸碎片在德克萨斯、路易斯安那州和阿肯色州等地找到，大部分残骸散落在纳科多奇斯到达拉斯西南的人烟稀少地区，最终搜索人员发现了超过2.8万块哥伦比亚号航天飞机残骸，但仅占该航天飞机庞大机身的19%。整个碎片搜索过程不仅耗费了巨大的人力物力，也出现了再一次航空搜索中发生直升机坠毁的悲剧，造成了2死3伤的严重后果。同时根据相关数据统计，航天飞机成本很高，每架航天飞机造价约为120亿美元，单次发射费用约为4亿5千万美元。
事故发生后，为增加相应的安全措施，美国航天飞机停飞2年，严重影响了国际空间站建设、生命科学研究试验等。航天飞机复飞后，只能承担前往国际空间站并在必要时成为其避难所的任务，载人飞船成为载人航天运输的主力设备。2011年，“亚特兰蒂斯”号航天飞机安全结束“谢幕之旅”，航天飞机正式退役。