Challenger phát nổ khi một vòng chữ O kết hợp với tên lửa đẩy rắn bên phải bị hỏng do nhiệt độ lạnh trong quá trình phóng. Sự cố khiến tàu con thoi bị vỡ 73 giây sau khi cất cánh.
Nhiệt độ tháng Giêng lạnh bất thường khiến vòng đệm chữ O của tên lửa trở nên giòn. Khi vòng chữ O của Challenger bị lỗi, khí áp từ động cơ thoát ra ngoài và ảnh hưởng đến bình xăng. Sau đó, bộ tăng cường tên lửa rắn bên phải tách ra, và thùng nhiên liệu bị hỏng. Tàu quỹ đạo tan rã ngay sau thất bại này.
Các hoạt động tìm kiếm và cứu hộ sau đó đã thu hồi khoang của phi hành đoàn từ đại dương. Khoang của phi hành đoàn không có cơ chế thoát hiểm, nhưng các nhà điều tra phát hiện ra rằng các túi khí cá nhân đã được sử dụng và một số công tắc điều khiển đã được chuyển ra khỏi vị trí thông thường của họ. Các phát hiện chỉ ra rằng một số thủy thủ đoàn vẫn còn sống và tỉnh táo sau khi tan rã. Khoang thủy thủ đoàn lao xuống biển với tốc độ chỉ hơn 200 dặm /giờ; không thể sống sót khi va chạm với nước.
Chương trình không gian của Hoa Kỳ đã bị tạm dừng trong 32 tháng sau thảm họa Challenger trong khi một ủy ban được thành lập để điều tra thảm kịch và thực hiện các sửa chữa cho tương lai. Cuộc điều tra đã phát hiện ra rằng nhà sản xuất O-ring, Morton Thiokol, đã biết về lỗ hổng nhưng không hành động theo thông tin này. NASA cũng đã được cảnh báo về khả năng thất bại, nhưng đã phớt lờ các cảnh báo.
