Bentuk khas propulsi ruang angkasa saat ini adalah pendorong roket padat, roket cair, dan roket hibrida. Semua membawa bahan bakar mereka ke kapal dan menggunakan energi kimia untuk menghasilkan daya dorong. Sayangnya, mereka bisa sangat mahal: mungkin diperlukan 25-200 kilogram roket untuk mengirimkan muatan 1 kg ke orbit rendah Bumi. Mengangkat satu kg ke orbit Bumi yang rendah membutuhkan biaya minimal $4,000 Dolar AS (USD), pada tahun 2008. $10,000 USD mungkin lebih tipikal.
Pendekatan roket kimia untuk peluncuran dan perjalanan ruang angkasa pada dasarnya terbatas. Karena roket harus mendorong bahan bakarnya sendiri ke atas melalui bagian atmosfer yang paling padat, biayanya tidak terlalu efektif. Penemuan yang lebih baru adalah pesawat ruang angkasa swasta SpaceShipOne, yang menggunakan kapal induk (White Knight) untuk membawanya ke ketinggian 14 km (8.7 mil) sebelum diluncurkan. Pada ketinggian ini, lebih tinggi dari Gunung Everest, SpaceShipOne sudah berada di atas 90% atmosfer, dan mampu menggunakan mesin hibrida kecilnya untuk menempuh sisa perjalanan ke tepi angkasa (ketinggian 100 km). Pesawat ruang angkasa turis awal, murah, dan dapat digunakan kembali kemungkinan besar akan didasarkan pada model ini.
Di luar paradigma roket kimia, ada beberapa bentuk propulsi ruang angkasa lain yang telah dianalisis. Pendorong ion, khususnya, telah berhasil digunakan oleh beberapa pesawat ruang angkasa, termasuk Deep Space 1, yang mengunjungi komet Borrellly dan asteroid Braille pada tahun 2001. Pendorong ion beroperasi seperti akselerator partikel, membuang ion keluar dari bagian belakang mesin menggunakan elektromagnetik bidang. Untuk perjalanan yang lebih lama, seperti dari Bumi ke Mars, pendorong ion menawarkan kinerja yang lebih baik daripada bentuk propulsi ruang angkasa konvensional, tetapi hanya dengan selisih kecil.
Bentuk propulsi ruang angkasa yang lebih maju termasuk propulsi pulsa nuklir dan pendekatan bertenaga nuklir lainnya. Kepadatan daya pembangkit listrik tenaga nuklir atau bom nuklir berkali-kali lebih besar daripada sumber kimia mana pun, dan roket nuklir akan lebih efektif. Propulsi pulsa nuklir yang satu referensi desain dari tahun 1960-an, yang disebut Orion — jangan dikelirukan dengan Orion Crew Exploration Vehicle tahun 2000-an — yang dapat mengantarkan 200 orang kru ke Mars dan kembali hanya dalam empat minggu, dibandingkan dengan 12 bulan untuk misi referensi bertenaga kimia NASA saat ini, atau bulan Saturnus dalam tujuh bulan.
Desain lain yang disebut Proyek Daedalus akan membutuhkan hanya sekitar 50 tahun untuk mencapai Bintang Bernard, 6 tahun cahaya, tetapi akan membutuhkan beberapa kemajuan teknologi di bidang fusi kurungan inersia (ICF). Sebagian besar penelitian tentang propulsi pulsa nuklir dibatalkan karena Perjanjian Larangan Uji Sebagian pada tahun 1965, meskipun gagasan tersebut telah mendapat perhatian baru akhir-akhir ini.
Bentuk lain dari propulsi ruang angkasa, layar surya, diperiksa secara rinci pada 1980-an dan 1990-an. Layar surya akan menggunakan layar reflektif untuk mempercepat muatan menggunakan tekanan radiasi Matahari. Tidak membawa massa reaksi, layar surya bisa menjadi ideal untuk perjalanan cepat jauh dari Matahari. Meskipun layar surya mungkin membutuhkan waktu berminggu-minggu atau berbulan-bulan untuk berakselerasi ke kecepatan yang cukup besar, proses ini dapat dilompati dengan menggunakan Bumi atau laser berbasis ruang angkasa untuk mengarahkan radiasi ke layar. Sayangnya, teknologi untuk melipat dan membuka lipatan layar surya yang sangat tipis belum tersedia, jadi konstruksinya mungkin harus dilakukan di luar angkasa, yang sangat memperumit masalah.
Bentuk propulsi ruang angkasa lain yang lebih futuristik adalah menggunakan antimateri sebagai bahan bakar untuk propulsi, seperti beberapa pesawat ruang angkasa dalam fiksi ilmiah. Saat ini, antimateri adalah zat paling mahal di Bumi, dengan biaya sekitar $300 miliar Dolar AS per miligram. Hanya beberapa nanogram antimateri yang telah diproduksi sejauh ini, kira-kira cukup untuk menerangi bola lampu selama beberapa menit.
Perbedaan utama antara banyak teknologi yang disebutkan dan roket kimia adalah bahwa teknologi ini mungkin dapat mempercepat pesawat ruang angkasa hingga kecepatan mendekati cahaya, sedangkan roket kimia tidak bisa. Dengan demikian, masa depan perjalanan ruang angkasa jangka panjang terletak pada salah satu teknologi ini.