De to første X-38 som utelukkende skulle testflys i atmosfæren, var bygd av lettvekts komposittmaterialer som glassfiber og grafitt-epoksy, forsterket med stål og aluminium på kritiske punkter. De var 80% skalamodeller av den prosjekterte versjonen som skulle ut i rommet. X-38 ble festet under vingen til NASAs NB-52B, et modifisert Boeing B-52 Stratofortress bombefly, og sluppet i stor høyde. I stedet for å glidelande, ble en stor styrbar fallskjerm utløst når flyet var på en forutbestemt høyde. Landingsunderstellet besto av et 3-punkts innfellbart skinne-system.