X-37B的一大优势就是具备长期在轨运行能力。该机可根据任务需要，灵活调整在轨时间，设计指标最长达270天（实际可达469天）。X-37B入轨后，会展开一个小型砷化镓太阳能电池板，为自身补充能源。此外，X-37B还使用锂离子蓄电池提供能源。这种长期在轨能力，使得X-37B不同于传统侦察卫星，具有较强的持续作战能力，特别是其具有很强的机动变轨能力，能够根据作战需要移动到不同的位置执行军事任务。
X-37B目前共制造了2架，截至2017年9月已执行过5次秘密在轨任务，其中执行第4次任务期间（2015年5月20日发射），创造了连续在轨717天的新纪录，远超其“最长在轨运行270天”的设计指标。由于X-37B的任务细节属于绝密级，外界很难猜测，但2011年3月，第二架X-37B执行任务期间，英国广播公司（BBC）曾援引英国航天杂志的报告称，X-37B或正从事监视俄军“钟声”系列侦察卫星的间谍任务，由此从侧面证实了其一大任务就是秘密监视“潜在对手”的在轨航天器。
2011年3月，美国“电气和电子工程师协会”（IEEE）反驳了英媒报道，IEEE网站发文称，BBC所谓的美军X-37B“监视”俄军侦察卫星的说法是一个“灾难性的谬误”，因为两者在轨道上相错而过时，它们的相对速度高达每秒8公里，X-37B在如此高的速度下不可能搜集到任何情报。
