此次任务中，国内啮齿类哺乳动物空间科学实验将首次在轨实施。4只小鼠将随飞船上行并进行在轨饲养，重点研究失重、密闭等空间条件对小鼠行为模式的影响，后续随飞船返回地面，进一步开展科学研究，探索小鼠多组织器官在空间环境的应激响应和适应性变化规律。

在10月30日举行的神舟二十一号载人飞行任务新闻发布会上，中国载人航天工程新闻发言人张静波宣布，瞄准北京时间10月31日23时44分发射神舟二十一号载人飞船，飞行乘组由张陆、武飞、张洪章组成，张陆担任指令长，3名航天员分别为航天驾驶员、飞行工程师和载荷专家，涵盖了我国现役3种航天员类型。