运载火箭，指能够把人造卫星、载人飞船、空间站或空间探测器准确地送到科学家预定轨道的单级或多级火箭。
运载火箭多数为两级以上的多级火箭，每一级都有推进剂箱、火箭发动机和飞行控制系统，末级有仪器舱和有效载荷，级与级之间有级间段连接。有效载荷装在仪器舱上面，外面有整流罩，在火箭飞出大气层后，整流罩即抛掉。
运载火箭凭借其巨大的、向上向前的推力，把飞船按照预定的速度和方向送入太空。当火箭飞到足够高的时候，火箭和飞船就会自动分离，分离后的飞船按预定计划进入运行轨道继续飞行，而完成运输任务的火箭却像太空垃圾一样，坠落地面或在大气中摩擦熔蚀而消失在茫茫太空中。
由于运载火箭的主要任务和作用就是"运"和"载"，因此也可把运载火箭理解为专门运输航天器的运载工具。运载火箭是航天技术发展的重要基础之一，航天飞行的历史是从运载火箭技术开始的，没有运载火箭就没有航天飞行。由于运载火箭在飞船升天或其他航天器发射中担负着"超级梯子"的作用，所以有人给它起了一个神话般的名字——"通天之梯"。
美国"土星"5运载火箭
"土星"系列火箭是由布劳恩领导、为实施"阿波罗"计划专门研制的运载火箭系列，有"土星"1、"土星"1B、"土星"5等型号。其中，"土星"1为一种试验型的两级运载火箭，为了改进"土星"火箭及确定"阿波罗"飞船的总体方案，于1961年至1965年从卡纳维拉尔角共发射10次，其中有5次把"阿波罗"飞船的主体模型发射入轨。"土星"1B是为在近地轨道载人和不载人的"阿波罗"飞船进行试验而研制的，也是两级运载火箭，是"土星"1的改进型，但在第二级配备了1台用液氧／液氢做推进剂的J-2发动机，在1966—1975年共发射10次，全部成功。
"土星"5是专为在近地和近月轨道运载"阿波罗"飞船以及将航天员送往月球而研制的。"阿波罗"飞船总重达46吨，高25米，最大直径6.6米，要把这么重的飞船以第二宇宙速度将其送入月球轨道，以往任何一种运载火箭都无法胜任。为此，专门研制了"土星"5三级运载火箭。
年11月9日，用"土星"5首次发射不载人的"阿波罗"4号成功后，于1968年12月21日进行首次载人飞行发射，将"阿波罗"8号成功地送入绕月球的轨道。1967—1973年间，从卡纳维拉尔角共发射13次，全部成功，其中有10次是运载"阿波罗"载人飞船进入预定轨道。1969年7月16日，"土星"5号运载火箭将"阿波罗"11号飞船送入月球轨道。
苏／俄"旋风"号系列运载火箭
"旋风"号是苏联由第二代洲际弹道导弹SS-9改型发展出来的运载火箭，它具有快速灵活的反应能力，主要用于发射军用卫星和反卫星卫星等。它有二级和三级两种型号，西方的代号分别为SL-11（F-1-r）和SL-14（F-1-m），其中r表示反推火箭级，m表示反卫星卫星和海洋侦察卫星所用的星载机动系统。
二级"旋风"号运载火箭长39米，芯级最大直径3.9米，运载能力在近地轨道时为4吨，在拜科努尔发射场发射。从1967年9月17日首射到1994年11月共发射123次，其中失败3次。
三级"旋风"号运载火箭是在二级"旋风"号运载火箭的基础上增加了一个能够再次起动的上面级而成，火箭全长39.27米，芯级最大直径3.9米，运载能力在近地轨道时为4吨，在普列谢茨克发射场发射。它最突出的特点是准备和发射高度自动化：在发射场总装厂房内完成总装和测试后，就不需要人去操作，而是自动按程序沿铁路水平运往发射台，由控制室监控起竖到垂直位置，自动进行推近剂加注、测试和发射。
"旋风"号系列运载火箭是世界上第一种采用全自动准备与发射技术的火箭。由于准备和发射过程高度自动化，简化了地面操作工序，提高了发射可靠性。三级"旋风"号运载火箭从1977年6月首射以来，到1994年底共发射110次，失败2次。它比著名的发射成功率比较高的"东方"号系列火箭和"德尔它"号系列火箭的成功率还高。
欧洲空间局"阿丽亚娜"运载火箭
为了抗衡苏联和美国在航天领域的强大发展势头，1972年法国建议西欧10国联合组成欧洲空间局，共同研制"阿丽亚娜"运载火箭。1973年7月研制计划获得批准。法国空间研究中心负责"阿丽亚娜安"火箭的计划管理，航空航天公司负责总装。1982年首次发射迄今，"阿丽亚娜"运载火箭系列从"阿丽亚娜"1发展至"阿丽亚娜"5，共5个型号。
"阿丽亚娜"1为三级液体燃料运载火箭，该火箭长50米（带有效载荷），直径3.8米，发射质量200吨，进入远地点36000千米高度过渡轨道的有效载荷为1700千克。"阿丽亚娜"2和"阿丽亚娜"3属于同一种技术状态（后者比前者多两台固体助推器），是在"阿丽亚娜"1基础上改进而来的，主要是向地球同步轨道发射卫星，"阿丽亚娜"2发射单颗，而"阿丽亚娜"3用于双星发射。"阿丽亚娜"4是在"阿丽亚娜"3的基础上捆绑不同数量的固体或液体助推器而建成的大型运载火箭。1988年6月15日首次发射成功，之后在近10年时间里，将近百颗卫星送入轨道（失败7次）。"阿丽亚娜"5发射质量737.8吨，起飞推力11400千牛，同步转移轨道运载能力达6800千克。它能够执行三大任务：发射地球同步轨道和太阳同步轨道卫星；发射"使神"（"赫尔墨斯"）号航天飞机；发射"哥伦布"空间站组件。
年首次发射"克勒斯特"号太阳风观测卫星失败，于1997年10月22日第二次发射成功。"阿丽亚娜"目前是世界运载火箭家族中承揽任务最多的运载火箭。
美国"冒险星"火箭运输器
"冒险星"是美国洛·马公司研制的世界上第一种可以重复使用的、垂直起飞、水平着陆的单级火箭运输器。它是三角形、无翼升力体式飞行器。它虽然也和航天飞机一样，是垂直起飞、水平着陆，但它是单级火箭，没有助推火箭，故可以省去大量的一次性使用的废弃物。这是因为它采用了新型轻质坚固材料和新型发动机技术的缘故。它的发动机能够随飞行高度的变化而用外部空气压力自行调节气流的状态，使得发动机的效率高，推力与重量之比大。由于这种发动机研制起来很不容易，风险特别大，所以这种运载器才叫"冒险星"。航天飞机是用一级半火箭（固体助推器为半级）发射，采用垂直起飞而不用水平起飞的优点是既可增加有效载荷，飞行器上又可省去沉重的起落架。而"冒险星"是无机翼的，在升空时省去了很多负担，虽然它的升力小了，但因为在执行任务返航时燃料用去很多，重量轻，故能够在2500米的普通跑道上水平降落。如果"冒险星"研制成功，它与现有的航天飞机相比，起飞质量不到后者的1／2，空重不足后者的1／3，而运载能力却增加了，近地轨道有效载荷增加近1／7。它在天地间往返的费用也很低。这比航天飞机优越多了。
年7月，洛·马公司的"冒险星"设计方案脱颖而出，成为美国新一代航天运载器的中选者，此后至1999年为技术开发、地面实验和飞行演示阶段，研制了一个与"冒险星"采用同样技术和结构，而尺寸为"冒险星"之53％的实验样机，这一运载器叫X-33技术演示运载器，进行了十多次飞行实验。原计划2000—2004年为第三阶段，生产全尺寸"冒险星"继续实验并投入运营。但这一阶段的工作并不顺利，由于种种原因，再加上"冒险星"的实验结果不令人满意，所以，美国航空航天局于2001年3月1日宣布取消X-33计划，而洛·马公司则表示，不会自己出资实施"冒险星"计划。至于"冒险星"未来的命运和前途，只能看未来的发展了。