Takie środowisko daje możliwość zbadania koncentracji aminokwasów na powierzchni asteroidy i określenie, czy na asteroidzie jest ona większa niż w przypadku młodej Ziemi.
Przebieg misji 8 września 2016 o 23:05 UTC rakieta Atlas V w wariancie 411 wyniosła sondę na niską orbitę okołoziemską i nadała prędkość ucieczkową. Start nastąpił z kompleksu LC-41 kosmodromu wojsk lotniczych na Przylądku Canaveral. Do separacji miało dojść w 56. minucie lotu. 28 grudnia 2016 sonda wykonała korektę trajektorii. Manewr zmienił prędkość statku o 431 m/s. Było to przygotowanie sondy do przelotu w pobliżu Ziemi. Grudniowa korekta była pierwszą dużą zmianą prędkości od początku misji. Sonda otrzymała dodatkowe zadanie polegające na poszukiwaniu planetoid trojańskich Ziemi. Do tej pory znany jest tylko jeden taki obiekt – . 18 stycznia 2017 miała miejsce niewielka korekta zmieniająca prędkość sondy o niecałe 3 m/s. luty 2017 – przez dziesięć dni OSIRIS-REx za pomocą kamery mapującej poszukiwał w kierunku punktu równowagi L4 planetoid trojańskich. 23 sierpnia 2017 kolejna kosmetyczna korekta zmieniająca prędkość o 0,48 m/s co pozwoliło na precyzyjny przelot statku w pobliżu Ziemi w celu uzyskania asysty grawitacyjnej. 22 wrześniu 2017 sonda zbliżyła się do Ziemi na odległość 17 000 km.