在突破「太空加油」技術後，天舟一號後續將進行系列拓展試驗。王兆耀表示，天舟一號要進行繞飛、快速自主交會對接，並釋放一顆搭載的立方星。此外，還要驗證先進的導航自導控制裝置以及國產新型元器件等。

天舟一號任務實現的「太空加油」，為中國太空站建設和長期運行掃清最後的障礙。但是，從航天技術角度來說，「太空加油」的意義遠不止於此。楊保華表示，「太空加油」的技術可以拓展到低軌衛星和太空飛行器的在軌加注服務平台，可以為低軌飛行器進行維護加注，甚至可以為今後更長遠的深空探測作為一個加油站、中轉站，意義非常重大。

在天舟一號的後續拓展試驗中，預計在6月中下旬以及9月，分別進行兩次交會對接和「太空加油」試驗。北京航天飛行控制中心副主任孫軍表示，在測控方面，天舟一號還面臨着很多挑戰。任務時間跨度長達5個月，組合體飛行2個月，之後還要獨立飛行3個月，同時還要進行多項在軌科學實驗，測控難度較大。

孫軍表示，太空站階段就需要貨運飛船具備在任意相位角情況下的交會對接能力，這令天舟一號飛船的飛行方案發生顯著變化，存在交會對接方案動態變化的問題，這將是一個全新的挑戰。