Start von Cape Canaveral (KSC) und Landung auf Cape Canaveral (KSC), Runway 15.

STS-123 (ISS-1J/A JEM ELM PS / SLP-D1) brachte das Experiment-Logistikmodul JEM ELM PS (Experiment Logistics Module - Pressurized Section), welches Teil des japanischen Kibo-Moduls ist, sowie die kanadische Roboterhand Dextre zur Internationalen Raumstation (ISS). Dextre kann am ISS-Roboterarm befestigt werden und dessen Aufgabenbereich erweitern. Weiteres wesentliches Missionsziel war der Austausch eines Besatzungsmitgliedes der ISS. Garrett Reisman sollte Léopold Eyharts als Bordingenieur der ISS Expedition 16 ablösen.

Kibo (japanisch für Hoffnung, ursprünglich Japanese Experiment Module JEM) ist ein Modul der Internationalen Raumstation (ISS) und der Beitrag der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA zur ISS. Kibo ist das größte Einzelmodul der ISS sowie das erste bemannte Weltraumprojekt Japans. Es kann bis zu vier Raumfahrer aufnehmen und bietet die Möglichkeit, an 23 Racks Experimente vorzunehmen, wovon in der ersten Nutzungsphase 14 geplant sind. Die Schwerpunkte der Forschung sollen im Bereich der Weltraummedizin, Biologie und der Materialforschung liegen. Die gesamte Einheit besteht aus fünf Teilen:
Dem unter Druck stehenden Pressurized Module (JEM PM). Es ist das zentrale Modul, in dem die Astronauten Experimente durchführen. Seine Länge beträgt 11,2 m bei einem Durchmesser von 4,4 m und einer Masse von 15,9 t. An der Stirnseite des zylindrischen Moduls befindet sich eine kleine Luftschleuse, durch welche z. B. Experimente von der Exposed Facility (JEM EF) geborgen werden können.
Dem ebenfalls unter Druck stehenden so genannten Experiment Logistics Module - Pressurized Section (JEM ELM PS). Dieses Modul wird hauptsächlich als Stauraum genutzt. Es hätte vom JEM PM abgekoppelt und mit dem Space Shuttle zur Erde zurückgebracht und mit neuem Material hinaufgeschickt werden können. JEM ELM PS ist 3,9 m lang und hat einen Durchmesser von 4,4 m. Die Leermasse beträgt 4,2 t.
Eine Plattform für Experimente. Die Exposed Facility (JEM EF) ist 5,60 Meter lang, 5 Meter breit, 4 Meter hoch und wird außerhalb des JEM PM befestigt. Sie ist 5,1 m breit, 6,0 m lang und besitzt eine Masse von 4 t. Rings um die Plattform können einzelne Experimentcontainer angebracht werden.
Das Außenlager - Experiment Logistics Module - Exposed Section (JEM ELM-ES) wird außerhalb des JEM EF befestigt. Es ist 4,9 m breit und 4,2 m lang. Die drucklose Ladeplatte des HTV kann zu JEM ELM-ES mit den Roboterarmen geleert werden. Das JEM ELM-ES wurde nach seinem Ersteinsatz zum Transport von Experimenten bei STS-127 vom Shuttle wieder mit zur Erde zurückgenommen und ist kein dauerhafter Bestandteil im Orbit.
Dem Roboterarm des Kibo-Moduls. Der JEM RMS (Japanese Experiment Module Remote Manipulator System) besteht aus einem Hauptarm (Main Arm), der 9,9 m lang ist und Massen bis zu sieben Tonnen bewegen kann, sowie einem kleineren Arm (Small Fine Arm), der bei Bedarf angedockt wird. Dieser kleine Zusatzarm kann sehr präzise Arbeiten durchführen.
Als erstes Bauteil wurde das Experiment Logistics Module (JEM ELM PS) am 11. März 2008 gestartet und im Rahmen der Shuttle-Mission STS-123 an die ISS angedockt. JEM ELM PS wurde provisorisch an der Oberseite (Zenit) des Harmony-Moduls befestigt. Die Kibo-Hauptbaugruppe Pressurized Module (JEM PM) und der Roboterarm (JEM RMS) wurden am 31. Mai 2008 mit der Mission STS-124 zur ISS gebracht und dort am 03. Juni 2008 angedockt.

Der Special Purpose Dexterous Manipulator (SPDM, dt. geschickte Arbeitsvorrichtung für Sonderzwecke) ist als Teil des Mobile Servicing Systems ein robotisches Armsystem der Internationalen Raumstation ISS.
Obwohl Dextre am Ende des Canadarm2 installiert ist, gehen seine Funktionen und Aufgaben weit über ein reines Greifsystem hinaus. Die komplexe Einrichtung verfügt unter anderem über zwei hochbewegliche Roboterarme zur Durchführung präziser Arbeiten im All. Beide Arme verfügen über je sieben Gelenke, die ihnen eine deutlich höhere Bewegungsfreiheit als allen bisher eingesetzten Systemen verleihen. An ihren Enden befindet sich eine Auswahl an verschiedenen Werkzeugen und automatischen Aufnahmen für weitere Geräte. Mit Hilfe dieses Orbital Replacement Unit/Tool Changeout Mechanism (OTCM) können Greifbacken, ausfahrbare Inbusschlüssel und monochrome Kameras eingesetzt werden. Zur Überwachung und Unterstützung der Arbeiten der Roboterarme sind im Sockel von Dextre verstellbare Scheinwerfer und Farbkameras sowie ein Werkzeugpodest und ein Werkzeughalter montiert.
Durch den Einsatz von Dextre an der ISS wurden die Aufgaben und Einsatzmöglichkeiten des Mobile Servicing Systems erheblich erweitert, da durch das Gesamtsystem wesentlich präzisere Aufgaben wahrgenommen werden können. Der Schwerpunkt dieser Aufgaben liegt in der Überwachung und Bedienung von Experimenten im freien Weltraum, die außen an der ISS, insbesondere auf den External Stowage Platformen und dem Experimentträger des japanischen Raumlabors Kibo (JEM ELM-ES) angebracht sind. Darüber hinaus dient das System zur Überwachung und Wartung der Station und unterstützt Raumfahrer während Außenbordarbeiten. Zudem verlängert Dextre die Reichweite des Canadarm2 und kann bei Bedarf auch abgelegt und wieder aufgenommen werden.

Bei dieser Mission war erstmals eine Digitalkamera mit Blitzlicht an der Unterseite des Orbiters installiert, die nach der Abtrennung des Außentanks automatisch alle zwei Sekunden ein Foto von diesem anfertigte. 45 Sekunden lang wurde eine Serie von Fotos erstellt. Danach stoppte die Kamera, weil die Distanz mit 40 Meter zu groß geworden war, um aussagekräftige Aufnahmen erhalten zu können. Dieses "Digital Umbilical Camera Flash Module" soll helfen, den Tank nach der Abtrennung auch im Dunklen detailliert zu fotografieren und kleine Teile von abgeplatztem Isolierschaum feststellen zu können.

Nach dem Erreichen der Erdumlaufbahn öffnete die Besatzung die Frachtraumtüren der Endeavour, testete den Greifarm RMS in seinen verschiedensten Funktionen, klappte die für das Rendezvous erforderliche Ku-Band-Antenne aus und begann mit der Angleichung der Flugbahn zur Internationalen Raumstation. Ebenso montierten sie im "Orbiter Docking System" die "Centerline Camera", die Kommandant Dominic Gorie das spätere Docking erleichtern soll.
Außerdem wurde der Hitzeschild der Endeavour auf eventuelle Schäden untersucht, die beim Start durch sich vom Außentank ablösende Isolierschaumstücke entstanden sein könnten. Dabei wurde der OBSS-Inspektionsarm eingesetzt, der nach dem Columbia-Unglück entwickelt wurde. Der OBSS ist ein 15 Meter langer "Aufsatz", der mit dem Roboterarm des Shuttles verbunden wird. Der Kopf des OBSS ist mit Laser-Sensoren und hochauflösenden Kameras ausgestattet und tastet halbautomatisch die Hitzeschutzkacheln des Orbiters ab.

Den Gesetzen der Bahnmechanik folgend holte die Endeavour von ihrer ersten Umlaufbahn und weiteren Triebwerkszündungen in den folgenden beiden Tagen immer mehr zur Internationalen Raumstation auf. Am dritten Flugtag, dem 15. März 2008, hatte die Endeavour einen Punkt 15 Kilometer hinter der Raumstation erreicht. Für den Anflug im Rahmen des sogenannten "R-Bar Approach" musste das Space Shuttle nochmals seine Bahn senken, sodass sich die Endeavour schließlich etwa 180 Meter unterhalb der Internationalen Raumstation befand. Ab dieser Distanz übernahm Dominic Gorie die manuelle Steuerung und flog entlang des sogenannten "R-Bar" (gedachte Verbindungslinie zwischen der Raumstation und dem Erdmittelpunkt) hinauf zur ISS. In der Nähe der Station führte Dominic Gorie ein spektakuläres 360°-Manöver - das Rendezvous Pitch Maneuver (RPM) - durch, wobei er die Raumfähre innerhalb weniger Minuten um ihre Querachse drehen ließ. Die Besatzung der Raumstation fertigte währenddessen hochauflösende Aufnahmen des Shuttle-Hitzeschildes an. Die Aufnahmen werden später zur Erde übertragen und von Fachleuten ausgewertet. Mit einer direkt vor der ISS reduzierten Annäherungsgeschwindigkeit auf zuletzt nur noch 3 Zentimeter pro Sekunde flog der Orbiter auf den Ankopplungsstutzen der Internationalen Raumstation zu. Wie die Kommandanten bei allen Kopplungsmissionen steuerte er den Raumgleiter von der hinteren Konsole im Flugdeck aus, weil er von dort freie Sicht auf die Raumstation hatte. Ohne Probleme konnte er sein Raumschiff an die ISS ankoppeln.

Noch am selben Tag löste Missionsspezialist Garrett Reisman ISS-Bordingenieur Léopold Eyharts ab, indem die Sojus-Sitze ausgetauscht wurden. Garrett Reisman baute seinen im Space Shuttle mitgebrachten Schalensitz in das angedockte Raumschiff Sojus TMA-11 ein. Dies geschah nur als Vorsichtsmaßnahme für den Fall einer überhasteten Rückkehr vor Abholung durch das nächste Space Shuttle. Damit gehörte er offiziell zur 16. Besatzung der Raumstation. Im Gegenzug baute Léopold Eyharts seinen Schalensitz aus dem Sojus-Raumschiff aus und wurde damit Mannschaftsmitglied von STS-123. Im Mitteldeck der Endeavour war ein Liegesitz für ihn eingebaut, um ihm bei der Landung die Anpassung an die Schwerkraft zu erleichtern.
Auch wurde das SSPTS-Energieübertragungssystem aktiviert, mit dem die Endeavour Strom von der ISS bezog.

Die erste EVA unternahmen Richard Linnehan und Garrett Reisman am 14. März 2008 (7h 01m). Zunächst begaben sich Richard Linnehan und Garrett Reisman in die Ladebucht des Shuttles und lösten die Transporthalterungen an JEM ELM PS. Danach wurde JEM ELM PS aus der Ladebucht gehoben und an Harmony manövriert. Um 07:06 UTC wurde das Modul an Harmony angekoppelt. Damit haben erstmals alle an der Internationalen Raumstation beteiligten Länder zumindest einen Teil ihrer Module im All. Gleichzeitig begannen die beiden Astronauten damit, Dextre zusammenzusetzen. Des Weiteren wurde das Videosystem der Station erweitert. Die NASA teilte danach mit, dass alle Versuche, Dextre über das Anschlusssystem am mobilen Transporter mit Strom zu versorgen, fehlgeschlagen seien. Strom ist für Dextre "überlebenswichtig" um Heizelemente zu betreiben. Techniker der CSA, dem Hersteller von Dextre, versuchten mit einem Softwareupdate den Fehler zu beheben, was nicht gelang. Daher entschied man, Dextre vom Canadarm2 greifen zu lassen und über diesen mit Strom zu versorgen.

Am fünften Flugtag (15. März 2008) wurde JEM ELM PS in Betrieb genommen. Zusammen mit ISS-Kommandantin Peggy Whitson öffnete Takao Doi um 01:23 UTC die Luken zu dem japanischen Modul. Danach wurden Versorgungsleitungen zwischen Harmony und JEM ELM PS verlegt, das Licht eingeschaltet und die Ventilatoren aktiviert. Später gab die NASA bekannt, dass die Probleme mit der Stromversorgung von Dextre auf einen Konstruktionsfehler zurückgehen. Das weitere Vorgehen wurde nicht bekannt gegeben.

Die zweite EVA erfolgte durch Richard Linnehan und Michael Foreman am 16. März 2008 (7h 09m). Sie setzten den Zusammenbau der Roboterhand Dextre fort. Die Astronauten hatten Probleme, einen Arm von Dextre von der Spacelab-Palette zu lösen, da ein Befestigungsbolzen sehr festsaß. Erst nach über einer halben Stunde konnten sie den Arm lösen und an Dextre anbringen. Danach entfernten sie einige Wärmeschutzabdeckungen.

Die dritte EVA wurde durch Richard Linnehan und Robert Behnken am 17. März 2008 (6h 53m) ausgeführt. Dabei wurde die Montage von Dextre beendet. Die Astronauten Richard Linnehan und Robert Behnken installierten an der Roboterhand eine Ersatzteilplattform, eine Werkzeughalterung sowie eine Videokamera. Außerdem versuchten sie ein MISSE-Experiment am Columbus-Modul anzubringen, was nicht gelang.

Am neunten Flugtag, dem 18. März 2008, wurde Dextre getestet und umgesetzt. Mit dem ISS-Roboterarm wurde Dextre von seiner Montageposition zum Labor Destiny transportiert. Dort wurde es auf einer Halterung befestigt, an der normalerweise der Canadarm2 befestigt ist. Über diese Halterung ist die Stromversorgung von Dextre sichergestellt. Später wurden weitere Funktionstests durchgeführt. Anschließend wurde die Spacelab-Palette, auf der die Roboterhand in den Orbit gebracht wurde, zurück in die Ladebucht der Endeavour gehievt.

Die vierte EVA durch Robert Behnken und Michael Foreman fand am 20. März 2008 (6h 24m) statt. Dabei wurde der Shuttle Tile Ablator-54 (kurz: STA-54) getestet. Dieser Ablator dient zur Reparatur eventuell beschädigter Hitzeschutzkacheln. Das dazugehörende Werkzeug, den sogenannten Tile Repair Ablator Dispenser, kurz T-RAD, sieht einem Kalfatergewehr ähnlich. Einige Test-Kacheln wurden mitgebracht, die bereits vorgebohrt waren. Mit dem Material aus dem STA-54 wurden nun mittels T-RAD verschiedene Materialien in die Bohrlöcher gespritzt. Die so reparierten Kacheln wurden mit zur Erde zurückgenommen, um sie intensiven Tests zu unterziehen.

Am 21. März 2008 wurde der Hitzeschild des Orbiters mit Hilfe des OBSS-Inspektionsarms überprüft. Diese mehrstündige Prozedur wird üblicherweise nach der Trennung von der Raumstation durchgeführt. Diesmal musste der Scan der Hitzeschutzkacheln vorgezogen werden, weil der OBSS auf der ISS zurückgelassen wird. Dies ist nötig, da das Kibo-Labormodul, das während des nächsten Fluges angeliefert wird, zu groß ist, um einen OBSS im Shuttle mitzuführen.

Die fünfte und letzte EVA unternahmen erneut Robert Behnken und Michael Foreman am 22. März 2008 (6h 02m) zum Umsetzen und "Zwischenparken" des Orbiter Boom Sensor Systems, der 50-Fuß langen Verlängerung des Shuttle-Greifarms, zum rückwärtigen Teil der ISS. Dies war notwendig, weil die Folgemission STS-124 nicht das große japanische Modul (Kibo) und das OBSS zur ISS bringen kann, anderseits, das OBSS derzeit nicht endgültig installiert werden konnte. Außerdem wurden Arbeiten am Steuerbord-SARJ vorgenommen. Damit soll sichergestellt werden, dass sich das SARJ besser nach der Sonne ausrichten kann. Seit Monaten hatte das SARJ diesbezüglich sein Limit erreicht, und es waren auch einige Metallsplitter gefunden wurden. Zu den Arbeiten gehörten deshalb auch eine genaue Inspektion des SARJ und die Suche nach weiteren schadhaften Teilen. Außerdem installierte Robert Behnken das MISSE-Experiment am europäischen Columbus-Modul, was während des dritten Ausstiegs nicht gelungen war.

Am 27. März 2008 koppelte die Endeavour-Besatzung mittels Federkraft wieder von der ISS ab. Dadurch werden Beschädigungen oder Verunreinigungen der Station vermieden. Erst danach wurden die Steuerungstriebwerke aktiviert und die Raumfähre entfernte sich von ihr bis zu einer Distanz von etwa 150 Meter. Von dort aus umflog Gregory Johnson die Orbitalstation eineinhalb Mal, ehe die Triebwerke der Endeavour erneut gezündet wurden und der Raumgleiter seine Distanz vergrößerte. Der Orbiter stoppte dann in einer Entfernung von etwa 75 Kilometer.

Garrett Reisman ist am 14. Juni 2008 um 15:15:17,014 UTC mit STS-124 gelandet.