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Mission d'assemblage de l'ISS (chariot mobile du bras robotique).
STS-111, en plus de fournir du matériel, a permis la rotation des équipages à bord de la Station spatiale internationale, remplaçant les trois membres de l'Expédition 4 (1 Russe, 2 Américains) pour les trois membres de l'Expédition 5 (2 Russes, 1 Américain).
Le Multi-Purpose Logistics Module (MPLM) emportait des racks destinés aux expériences et trois racks de rangement et de réapprovisionnement de la station. La mission a également installé un composant du bras Canadarm 2 appelé Mobile Base System (MBS) sur le Mobile Transporter (MT), qui a été installé au cours de la mission STS-110. Cela a donné au bras mécanique la capacité de se déplacer de son attache sur le laboratoire américain Destiny pour évoluer le long de la poutre afin de travailler sur d'autres sites.
STS-111 était le dernier vol d'un astronaute du CNES, l'agence française ayant dissous son groupe astronaute et les a transférés à l'ESA.