Động cơ tên lửa cần hai thứ để cháy: nhiên liệu và chất oxy hóa. Cả hai được gọi chung là nhiên liệu đẩy. Nhiên liệu cung cấp năng lượng, chất oxy hóa cung cấp oxy, và vì tên lửa phải hoạt động trong môi trường chân không, nên chúng mang theo cả hai.

Việc lựa chọn rất quan trọng. Dầu hỏa và oxy lỏng là nhiên liệu cho nhiều tên lửa phóng, mang lại mật độ và khả năng điều khiển tốt. Hydro lỏng và oxy lỏng cho hiệu suất cao nhất nhưng yêu cầu bình chứa đông lạnh. Nhiên liệu rắn đơn giản và dễ bảo quản nhưng không thể điều chỉnh lưu lượng hoặc tắt máy.

Các tổ hợp nhiên liệu đẩy thông thường

• Dầu hỏa RP-1 với oxy lỏng
• Hydro lỏng với oxy lỏng
• Monomethylhydrazine với nitơ tetroxide
• Hợp chất amoni perclorat dùng cho chất rắn

Việc lưu trữ và xử lý là yếu tố then chốt trong thiết kế. Nhiên liệu đẩy đông lạnh sẽ bay hơi theo thời gian, hạn chế thời gian phương tiện có thể nằm trên bệ phóng. Nhiên liệu đẩy tự bốc cháy sẽ bắt lửa khi tiếp xúc và độc hại, do đó cần phải xử lý cẩn thận trên mặt đất.