對地觀測儀器：全方位「感知」地球
中國載人航天的歷次巡天任務都少不了在浩瀚的宇宙中從各個方位「感知」地球。天宮二號也搭載了多個新一代對地觀測遙感器和地球科學研究儀器。
如寬波段成像光譜儀、三維成像微波高度計、紫外臨邊成像光譜儀等，突破了系列關鍵技術，在資源環境、生態環境、農林應用、海洋環境、大氣污染和大氣成分監測以及全球變化研究等領域有著廣泛應用。
伴隨衛星：天宮二號的守護者
天宮二號飛行期間還將在軌釋放一顆伴隨衛星。伴隨衛星飛行試驗將進一步驗證小型高功能密度衛星、在軌釋放、駐留伴隨飛行等技術，併為未來新型航天器編隊飛行技術奠定基礎。
這顆伴隨衛星搭載了高分辨率全畫幅可見光相機，將在太空繞飛試驗過程中對天宮二號與神舟十一號組合體進行高分辨率成像，堪稱天宮二號和神舟太空船的「自拍神器」。
太空環境監測：為天宮二號保駕護航
太空人和航天器進入太空面臨著外層太空環境的影響。在太空中，能量很高的帶電粒子輻射可能導致航天器材料性能下降或損壞，也可能破壞太空人的器官組織，嚴重時甚至有生命危險。另外大氣環境也會對運行其中的航天器產生影響。
天宮二號太空環境分系統由帶電粒子輻射探測器、軌道大氣環境探測器和太空環境控制單元3台儀器組成。它們將實時監測天宮二號軌道上的輻射環境和大氣環境，實現艙外16個方向的電子、質子等帶電粒子的強度和能譜監測，以及軌道大氣密度、成分及其時空變化與太空環境污染效應監測等。
