A Columbia a tizenhat napos kutatási program maradéktalan befejezése után, február 1-jén robbant fel Texas felett, amikor már a Föld légkörében haladt, leszálláshoz készülve. A szerencsétlenség következtében a fedélzeten tartózkodó hét űrhajós életét vesztette. A katasztrófa körülményeit vizsgáló független bizottság (Columbia Accident Investigation Board) rendkívül kemény bírálatokat megfogalmazó jelentésében egyebek között hivatalosan is megállapította, amit eddig is tudni lehetett: a start során a külső üzemanyagtartály szigetelésének egy levált darabja nekiütközött a Columbia bal oldali szárnyának, és olyan súlyosan megsértette annak hővédő pajzsát, hogy azon egy negyven centiméteres lyuk keletkezett. A lyukon keresztül forró gáz, illetve levegő áramlott be az űrrepülőgép szárnyának belsejébe, szétégette annak szerkezetét, és ez okozta a katasztrófát.
A szigetelődarab leválása a felszállás után 81 másodperccel történt, amit az indításkor készített felvételeken is láttak a szakemberek, de nem tartották súlyosnak az esetet. Mindezt a vizsgálati jelentés durva hibának minősítette, mint ahogy élesen elmarasztalta a hivatalt a biztonsági rendszer alapvető hiányosságaiért. Rámutatott, hogy a hivatal nem rendelkezik hatékony ellenőrző mechanizmusokkal, és a biztonsági készültség alapvető megerősítésére szólított fel.
A csaknem hét hónapig tartó és mintegy 3 millió dollárba kerülő vizsgálat ugyanakkor rávilágított a NASA súlyos szervezeti, illetve működési hiányosságaira, egyebek között arra a kommunikációs zűrzavarra, amely megakadályozta rendkívül fontos információk továbbítását, noha ezek már előzetesen figyelmeztettek a rendkívüli kockázatokra. A jelentés rámutatott: az említett kommunikációs zavarok, egyebek között páratlanul fontos e-mail-üzenetek elakadása a középszintű menedzserek, a mérnökök, illetve a NASA vezetői, sőt a hivatal és a védelmi minisztérium között nagymértékben hozzájárultak a történtekhez. Egyes e-mailek például a felbocsátás előtt, továbbiak pedig közvetlenül a Föld sűrű légkörébe való visszatérést megelőzően figyelmeztettek a katasztrófa lehetőségére, az üzeneteknek azonban egyszerűen nyoma veszett.
A jelentés megállapítja: amennyiben a felszállást követően a NASA idejében felismerte volna, hogy végzetes hiba történt, az űrhajósok kimentése, illetve evakuálása érdekében szóba jöhetett volna az Atlantis űrrepülőgép felbocsátása. Mindez - mutatott rá a dokumentum - rendkívüli kockázatokat rejtett volna magában, de a mentés mindenképp megkísérelhető lett volna.
A 13 tagú bizottság, amelynek vezetője Harold Gehman nyugalmazott tengernagy volt, ezen túlmenően összesen 29 ajánlást fogalmazott meg annak érdekében, hogy az űrrepülőgép-program folytatásakor elkerülhetők legyenek a Columbia szerencsétlenségéhez hasonló katasztrófák. Az ajánlások egy részét a jelentés szerint haladéktalanul végre kell hajtani, míg a fennmaradókat ugyancsak teljesíteni kell, de azok végrehajtása nem annyira égető.
A bizottság egyebek között azt ajánlotta a NASA-nak, hogy tegyen lépéseket a központi üzemanyagtartály szigetelésének védelmére és helyezzen el kamerákat a gépen és a földön a felszállás megfigyelésére. Egyben felhívta a Pentagon figyelmét, hogy az űrben keringő űrrepülőgépet kövesse katonai felderítő műholdjaival, hogy felfedezhessenek esetleges külső hibákat, sérüléseket. Azt is indítványozta a bizottság, hogy a jövőben az űrhajósok léphessenek ki az űrbe a hőpajzs megvizsgálása végett.
A bizottság 248 oldalas jelentésében síkraszállt az űrrepülőgép-program folytatása mellett, ugyanakkor nélkülözhetetlennek nevezte a megfogalmazott ajánlások teljesítését. Ugyancsak javasolta, hogy a hivatalt mind a kongresszus, mind a Fehér Ház "elszámoltathassa".
A Columbia katasztrófáját követően azonnal leállították az űrrepülőgép-programot. Sean O'Keefe, a NASA főigazgatója, aki az idősebb George Bush elnöksége idején még a haditengerészetnél szolgált, elismerte a hivatal egyértelmű felelősségét. Utalt arra, hogy a program felújítására legkorábban jövő év márciusában vagy áprilisában kerülhet sor, de csakis akkor, ha már levonták a megfelelő tanulságokat a Columbia katasztrófájáról szóló jelentésből. A főigazgató ígéretet tett arra, hogy kivétel nélkül figyelembe veszik a bizottság által megfogalmazott ajánlásokat.
A vizsgálat során a bizottság csaknem 200 személyt kérdezett meg, több mint 120 szakértői jelentést vizsgált át, s mintegy 30 ezer dokumentumot tanulmányozott át. A dokumentum megállapításairól előzetesen értesítették az űrhajósok családtagjait. A Columbia a NASA legrégebbi űrrepülőgépe volt, elsőször 1981-ben használták. Katasztrófája a második amerikai űrrepülőgép-szerencsétlenség volt: 1986-ban a Challenger felszállás közben robbant fel, hét űrhajóssal a fedélzetén. Három évvel ezelőtt az Atlantis amerikai űrrepülőgép is csaknem hasonló sorsra jutott, amikor forró gáz égetett rést a bal szárnyán.