Тема космопланов, успешно забытая в 70-е и неудачно воскрешенная в 1980-е годы, получила вполне логичное продолжение десятилетие спустя. В 1999 году NASA решило воплотить в жизнь проект нового космического самолёта, выбрав для его создания компанию Boeing Integrated Defense Systems, а строительство аппарата было возложено на филиал Phantom Works. Проект получил обозначение Х-37 (Икс-37), что говорило о его полувоенной направленности.
В отличии от более ранних программ завершенный прототип космоплана был поставлен уже к 13 сентября 2004 года. Интересно, что Х-37 рассматривался в качестве "независимого” космического проекта и не был официально поддержан Управлением перспективных исследовательских программ.

В то же время за его разработкой внимательно следило Министерство Обороны, желавшее получить корабль на смену "Space Shuttle”, а также воплотить в жизнь идеи, заложенные ещё в Dyna-Soar. В частности, ожидалось, что Х-37 будет работать в скоростном диапазоне до 37 Махов, что повлекло за собой разработку более совершенных систем термозащиты, авиационной радиоэлектроники, автономной системы наведения и конструкции корпуса. Космоплан должен был оснащаться двигателями Rocketdyne AR-2/3, которые работали на перекиси водорода и горючей смеси JP-8 (ракетное топливо на керосиновой основе). Характеристики Х-37А следующие: длина — 8,38 м, размах крыла — 4,57 м, полная масса — 5450 кг.

Первоначальный проект Х-37А предусматривал доставку аппарата на орбиту при помощи "космического челнока”. Правда, в скором времени был сделан вывод, что такой способ вывода в космическое пространство будет крайне не экономичным. Вместо него был разработан более простой вариант с использованием ракеты типа "Dalta-IV” или её аналога. Также планировалось, что космоплан будет иметь возможность стыковки с другими кораблями.

Пока запуски в космос не проводились – единственный опытный образец Х-37А используется для широкомасштабных тестов в атмосфере с целью тестирования бортового оборудования. При этом большая часть тепловой защиты (видимо, в целях экономии) является часто номинальной и выполнена вместо керамики из дешевой синтетики. Понятно, что в таком виде Х-37А к космическим полётам допущен быть не может.

Тестирование беспилотного варианта космоплана началось со 2 сентября 2004 года, хотя его полёты скорее напоминали "подскоки”. Спустя 10 месяцев – 21 июня 2005 года, Х-37А закончил испытания по программе "captive-carry ” на испытательном полигоне в пустыне Мохаве, после чего космоплан был модифицирован.

Официально Х-37А был представлен публике лишь 10 марта 2006 года – во время демонстрации космоплан выполнил непродолжительный полёт, транслируемый по телевидению в прямом эфире. Однако далее погода сильно испортилась и следующий, на этот раз "свободный” (то есть не контролируемый с земли), полёт смог состояться только 24 марта, причем из-за отказа техники прототип едва не разбился.

В ходе третьего вылета, произведенного 7 апреля авария всё-таки случилась – по неустановленной причине Х-37 на посадке сошел с полосы и зарылся в грунт. Космоплан получил значительные повреждения и встал на долговременный ремонт. Далее Х-37А был перевезен на авиабазу ВВС в Палмдейле, где тестовая программа была завершена. Всего удалось выполнить ещё 5 пять полётов, из которых один был "свободным”.

В это время был проведен ряд переговоров между NASA и ВВС, которые принесли положительный результат. Было заявлено, что проект Х-37А будет развит в более совершенный проект Х-37В, входящий в рамки программы OTV (Orbital Test Vehicle – Орбитальный Экспериментальный Аппарат). На этот раз исследования были продолжены под общим покровительством Управления перспективных исследовательских программ, NASA и ВВС. Главным подрядчиком по-прежнему оставалась фирма Boeing.

Как и в случае с Х-37А доставку космоплана на орбиту Х-37В планировали осуществить с помощью "челнока”, однако катастрофа "Columbia” полностью перечеркнула этот план. Вместо этого вначале хотели использовать ракету "Delta-II”, но из-за проблем технического характера выбор был сделан в пользу"Atlas V”.

Первый космический полёт Х-37В был намечен на апрель 2010 года. Космоплан предстояло вывести на низкую околоземную орбиту и в течении нескольких дней планировалось провести маневрирование в космосе. Старт ракетоносителя "Atlas V” должны были провести с космодрома на мысе Канаверал, а приземление Х-37В состоялось бы на авиабазе ВВС США Вандерберг.