Misja wystartowała w dniu 8 marca 2001 o godz. 11:42:09 UTC ze stanowiska startowego LC-39B KSC (Launch Complex 39B, Kennedy Space Center) na Florydzie (USA).
Była to 103 misja STS programu lotów wahadłowców i 29 promu kosmicznego Discovery, a zarazem 8 lot wahadłowca na ISS.
Głównym celem było dostarczenie zaopatrzenia i załogi Expedition 2, oraz powrót z Expedition 1.
Podczas misji STS-102 Discovery wykorzystano po raz pierwszy MPLM Leonardo (Multi Purpose Logistics Module – wielofunkcyjny moduł logistyczny) do dostarczania zaopatrzenia na stację.
Wahadłowiec dostarczył 16 modułów ISPR (International Standard Payload Racks – międzynarodowy standardowy stojak na ładunek) do instalacji w amerykańskim laboratorium.
Dostarczono także platformy ICC (Integrated Cargo Carrier – zintegrowany transporter ładunków). Pod ICC znajdował się także ESP-1 (External Stowage Platform-1 – zewnętrzna platforma do składowania).
Załoga odbyła 2 spacery kosmiczne w celu montażu ICC na zewnątrz modułu Destiny:
EVA 1 – 8 godzin 56 minuty – 11 marca 2001, 05:12 – 14:08 UTC
EVA 2 – 6 godzin 21 minut – 13 marca 2001, 05:23 – 11:44 UTC
Załoga STS-102 (na górze od lewej do prawej) James M. Kelly (NASA) – pilot, Andrew S.W. Thomas (NASA) – specjalista misji 1, James D. Wetherbee – dowódca misji, Paul W. Richards – inżynier lotu i specjalista misji 2,
Na dole po lewej załoga ekspedycji 1 wracająca na ziemię (od lewej do prawej) Sergei K. Krikalev (RKA) – specjalista misji 5, William M. (Bill) Shepherd (NASA) – dowódca ekspedycji 1, Yuri P. Gidzenko (RKA) – specjalista misji 4,
Na dole po prawej załoga ekspedycji 2 dostarczona na stację (od lewej do prawej) James S. Voss (NASA) – specjalista misji 4, Yury V. Usachev (RKA) – dowódca ekspedycji 2, Susan J. Helms (NASA) – specjalista misji 5.
Autorstwa NASA – Domena publiczna