由多級火箭組成的航太運輸工具。運載火箭的用途是把人造地球衛星、載人飛船、航太站或空間探測器等有效載荷送入預定軌道。運載火箭是第二次世界大戰後在導彈的基礎上開始發展的。第一枚成功發射衛星的運載火箭是蘇聯用洲際導彈改裝的“衛星”號運載火箭（見“人造地球衛星”1號工程）。到20世紀80年代，蘇聯、美國、法國、日本、中國、英國、印度和歐洲空間局已研製成功20多種大、中、小運載能力的火箭。最小的僅重10.2噸，推力125千牛(約12.7噸力)，隻能將1.48公斤重的的人造衛星送入近地軌道；最大的重2900多噸，推力33350千牛(3400噸力)，能將120多噸重的載荷送入近地軌道。主要的運載火箭有“大力神”號運載火箭、“德爾塔”號運載火箭、“土星”號運載火箭、“東方”號運載火箭、“宇宙”號運載火箭、“阿裡安”號運載火箭、N號運載火箭、“長征”號運載火箭等。
組成 運載火箭一般由2～4級組成。每一級都包括箭體結構、推進系統和飛行控制系統。末級有儀器艙，內裝制導與控制系統、遙測系統和發射場安全系統，這些系統有一些組件分別放置在各級的適當部位。級與級之間靠級間段連接。有效載荷裝在儀器艙的上面，外面套有整流罩。
許多運載火箭的第一級外圍捆綁有助推火箭，又稱零級火箭。助推火箭可以是固體或液體火箭，其數量可根據運載能力的需要來選擇。
運載火箭的推進劑大都采用液體雙組元推進劑。第一、二級多用液氧和煤油或四氧化二氮和混肼為推進劑。末級火箭采用高能的液氧和液氫推進劑。單組元推進劑，如無水肼，常用於末級火箭的輔助推進系統。
運載火箭的制導系統大都用自主式全慣性制導系統。進行星際飛行的火箭還要用天文導航和無線電導航系統。制導系統的儀器大部分裝在儀器艙內。
整流罩是一種硬殼式結構。其作用是在大氣層飛行段保護有效載荷，飛出大氣層後就可拋掉。整流罩往往沿縱向分成兩半，由彈簧或無污染炸藥索產生分離力。整流罩直徑一般等於火箭直徑，在有效載荷尺寸較大時也可大於火箭直徑，形成燈泡形的頭部外形。
指標 運載火箭的技術指標包括運載能力、入軌精度、火箭對不同重量的有效載荷的適應能力和可靠性。運載能力指火箭能送入預定軌道的有效載荷重量。有效載荷的軌道種類較多，所需的能量也不同，因此在標明運載能力時要區別低軌道、太陽同步軌道、地球同步衛星過渡軌道、行星探測器軌道等幾種情況。表示運載能力的另一種方法是給出火箭達到某一特征速度時的有效載荷重量。各種軌道與特征速度之間有一定的對應關系。例如把衛星送入185公裡高度圓軌道所需要的特征速度為7.8公裡/秒，1000公裡高度圓軌道需8.3公裡/秒，地球同步衛星過渡軌道需10.25公裡/秒，探測太陽系需12～20公裡/秒。
飛行程序 運載火箭在專門的航天發射中心（見航天器發射場）發射。火箭從地面起飛直到進入最終軌道要經過以下幾個飛行階段：①大氣層內飛行段：火箭從發射臺垂直起飛，在離開地面以後的10幾秒鐘內一直保持垂直飛行。在垂直飛行期間，火箭要進行自動方位瞄準，以保證火箭按規定的方位飛行。然後轉入零攻角飛行段。火箭要在大氣層內跨過聲速，為減小空氣動力和減輕結構重量，必須使火箭的攻角接近於零。②等角速度程序飛行段：第二級火箭的飛行已經在稠密的大氣層以外，整流罩在第二級火箭飛行段後期被拋掉。火箭按照最小能量的飛行程序，即以等角速度作低頭飛行。達到停泊軌道高度和相應的軌道速度時，火箭即進入停泊軌道滑行。對於低軌道的航天器，火箭這時就已完成運送任務，航天器便與火箭分離。③過渡軌道：對於高軌道或行星際任務，末級火箭在進入停泊軌道以後還要再次工作，使航天器加速到過渡軌道速度或逃逸速度，然後航天器與火箭分離。
設計特點 運載火箭的設計特點是通用性、經濟性和不斷進行小的改進。這和大型導彈不同。大型導彈是為滿足軍事需要而研制的，起支配作用的因素是保持技術性能和數量上的優勢。因此導彈的更新換代較快，幾乎每5年出一種新型號。運載火箭則要在商業競爭的環境中求發展。作為商品，它必須具有通用性，能適應各種衛星重量和尺寸的要求，能將有效載荷送入多種軌道。經濟性也要好。也就是既要性能好，又要發射耗費少。訂購運載火箭的用戶通常要支付兩筆費用。一筆是付給火箭制造商的發射費，另一筆是付給保險公司的保險費。發射費代表火箭的生產成本和研制費用，保險費則反映火箭的可靠性。火箭制造者一般都盡量采用成熟可靠的技術，並不斷通過小風險的改進來提高火箭的性能。運載火箭不像導彈那樣要定型和批生產。而是每發射一枚都可能引進一點新技術，作一點小改進，這種小改進不影響可靠性，也不必進行專門的飛行試驗。這些小改進積累起來就有可能導致大的方案性變化，使運載能力能有成倍的增長。
80年代以來，一次使用的運載火箭已經面臨航天飛機的競爭。這兩種運載工具各有特長，在今後一段時間內都將獲得發展。航天飛機是按照運送重型航天器進入低軌道的要求設計的，運送低軌道航天器比較有利。對於同步軌道航天器，航天飛機還要攜帶一枚一次使用的運載器，用以把航天器從低軌道發射出去，使之進入過渡軌道。這樣有可能導致入軌精度和發射可靠性的下降。一次使用的運載火箭在發射同步軌道衛星時可以一次送入過渡軌道，比航天飛機稍為有利。這兩種運載工具之間的競爭將促進可靠性的提高和成本的降低。