Được phóng lên vũ trụ vào đầu tháng 9/2016, tàu OSIRIS-Rex có nhiệm vụ cơ bản là nghiên cứu tiểu hành tinh 101955 Bennu, trong đó có thu thập mẫu vật từ bề mặt tiểu hành tinh này. Trong hai năm con tàu mải miết bay đi gặp tiểu hành tinh Bennu. Bức ảnh đầu tiên chụp tiểu hành tinh Bennu với độ phân giải cao được gửi về Trái đất vào tháng 10/2018. Vào ngày 3/12/2018, con tàu tiếp cận mục tiêu của cuộc hành trình.
Các thiết bị trên tàu đã quan sát tiểu hành tinh trong vòng bay tiếp cận cuối cùng. Các phân tích dữ liệu thu thập từ khoảng cách 1,4 triệu km cho thấy, nước có thể đang tồn tại trên tiểu hành tinh này. Cụ thể, các quang phổ kế trên con tàu đã phát hiện nhóm hydroxyl – tức là các phân tử chứa các nguyên tử hydro và oxy. Các nhà khoa học gợi ý rằng đó là nước trong các khoáng vật tiểu hành tinh.
OSIRIS-Rex là sứ mệnh thứ ba của NASA trong Chương trình New Frontiers (Sứ mệnh đầu tiên là tàu New Horizons, tiếp theo là tàu Juno). Con tàu cao 3 m, rộng 6,2 m và có khối lượng 2.106 kg, trong đó có 1.223 kg nhiên liệu. Nó có hai panel pin Mặt trời với diện tích 8,5 m2 và công suất 3 kW.
Đến tháng 7/2020, cánh tay máy của con tàu sẽ chạm bề mặt tiểu hành tinh Bennu để thu thập các mẫu vật quý giá. Dự kiến nó sẽ lấy được từ 60 g đến 2 kg mẫu vật. Đây sẽ là lượng vật chất ngoài Trái đất lớn nhất thu thập được kể từ Chương trình tàu Apollo.
Một trong những nhiệm vụ bổ sung của sứ mệnh là đánh giá chính xác quỹ đạo của tiểu hành tinh Bennu, bởi lẽ các phép đo hiện nay cho thấy, tiểu hành tinh này có khả năng va chạm với Trái đất vào nửa cuối thế kỷ XXII (2175 - 2199) với xác suất là 1/2.700. Liên quan đến đó còn là thử nghiệm đo hiệu ứng Yarkovsky - đó là sự bất đối xứng của bức xạ nhiệt từ thiên thể gây ra sự thay đổi nhỏ trong quỹ đạo bay.
Trung tâm điều khiển bay Lyndon B. Johnson sẽ tiếp nhận và bảo quản các mẫu vật. Khoảng 20% số mẫu vật được phân cho nhóm điều hành sứ mệnh OSIRIS-Rex; 4% được đưa đến Canada (để được cung cấp thiết bị laser đo độ cao); 0,5% đến Nhật Bản (để đổi lấy mẫu vật từ sứ mệnh tàu thăm dò Hayabusa). Khoảng 3/4 lượng mẫu vật được lưu trữ dành cho các nghiên cứu trong tương lai.
