由多級火箭組成的航太運載工具。運載火箭的用途是把人造地球衛星、載人飛船、空間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和探空火箭的基礎上開始發展的。第一種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。到21世紀初，俄羅斯、美國、法國、日本、中國、英國、印度、以色列等國和歐洲空間局研製成功30多種具有不同運載能力的運載火箭系列。最小的運載火箭品質10.2噸，推力125千牛(約12.7噸力力)，隻能將1.48千克的人造衛星送入近地軌道；最大的運載火箭質量2 900多噸，推力33 350千牛(3 400噸力)，能將120多噸的載荷送入近地軌道。主要的運載火箭系列有“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、“質子”號運載火箭、“阿麗亞娜”號運載火箭、H號運載火箭、“長征”號運載火箭等。
圖1 運載火箭組成
圖2 運載火箭連續上升過程
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。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（圖1）。
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，數量根據運載能力的需要選擇。
運載火箭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。末級火箭現多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。
運載火箭大都用自主式全慣性制導系統。進行星際航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。在稠密大氣層飛行段保護有效載荷，飛出稠密大氣層後就拋掉。整流罩直徑一般等於末級箭體直徑，也可大於箭體直徑，形成燈泡形的頭部外形。
指標 技術指標包括運載能力、入軌精度、火箭對不同質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質量。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、地球靜止衛星轉移軌道（地球同步轉移軌道）、行星探測器軌道等情況。表示運載能力的另一種方法是給出運載火箭達到某一特定軌道速度時可運載的有效載荷質量。
飛行程序 運載火箭在專門的航天器發射場發射。火箭從地面起飛直到進入最終軌道要經過以下幾個階段：①稠密大氣層內飛行段。火箭從發射臺垂直起飛，在離開地面以後的十幾秒鐘內一直保持垂直飛行（圖2）。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。火箭在稠密大氣層內跨過聲速達到幾倍聲速。②等角速度程序飛行段。第二級火箭的飛行已經在稠密大氣層以外，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，這時火箭就已完成運送任務，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。