W roku 1903 Konstantin Ciołkowski, rosyjski uczony polskiego pochodzenia w artykule wyłożył teorię lotu rakiety z uwzględnieniem zmiany masy (pierwsza poważna praca z dziedziny astronautyki). W roku 1929 Ciołkowski opracował teorię ruchu rakiet wielostopniowych w ziemskim polu grawitacyjnym. Zaproponował zastosowanie w rakietach stabilizatorów żyroskopowych, chłodzenie komory spalania silnika rakietowego składnikami paliwa. Po raz pierwszy w dziejach podał podstawy teorii silnika rakietowego na paliwo ciekłe. Zaprojektował wiele rakietowych mieszanek paliwowych. Na podkreślenie zasługuje fakt, że Ciołkowski opracował podstawy lotów kosmicznych, zanim jeszcze bracia Wright wykonali pierwszy w świecie lot samolotem. Idee techniczne wysunięte przez Ciołkowskiego także obecnie znajdują zastosowanie przy budowie współczesnych silników rakietowych, rakiet i statków kosmicznych.
W roku 1917 Robert Goddard ze Smithsonian Institution w USA opatentował wynalazek poprawiający w znaczny sposób wydajność rakiety. Dodał on specjalne dysze do komory spalania silnika rakietowego powodujące wypływ gazów z prędkością naddźwiękową (dysza de Lavala). Wynalazek ten podwajał ciąg rakiety i podnosił jej sprawność. Goddard pierwszy zbudował rakiety na paliwo płynne.