多级火箭最常用的液体燃料有煤油和液态氧，偏二甲肼和硝酸，还有汽油和液态四氧化二氮是氧化剂。这里煤油、偏二甲肼和汽油是燃烧剂，液氧、硝酸和四氧化二氮是氧化剂。这三组液体燃料的单位质量发热量都比火药高吗，喷气速度可以达到每秒钟米，并且这些燃料容易制造，来源多，价格比较便宜。
现代多级火箭也可以用液氧和液氢做燃料。液氢是液体化了的氢气，液氧是液体化了的氧气，其中液氢是燃烧剂，液氧是氧化剂。
液氧有很大的缺点。它的比重太小，只有水的1/15左右。用液氢做燃料，需要很大很大的燃料箱，这就增加了多级火箭的体积和重量。另外，液氢温度很低，是这也给选择贮箱材料带来困难。
但是，用液氢和液氧做燃料有许多好处，它们没有毒性，没有腐蚀性，来源多。用它们做燃料，一个最大的好处就是，燃烧的时候产生很大的热量，喷气速度可以达到每秒钟4200米，比普通燃料的喷气速度大50%，所以装同样重量的燃料，液氢液氧火箭比普通燃料所达到的速度大得多。此外，液氢和液氧相遇，容易燃烧，点火方便。发射宇宙飞船的多级火箭，它的末级——第二级或者第三级火箭往往需要间歇工作，用液氢和液氧做燃料容易控制。因为有这些优点，所以发射载人月球飞船和无人行星际飞船的大型运载火箭，它们的第二级和第三级都是用液氢和液氧做燃料。
水是氢的“仓库”，用电解的方法，可以把水中的氢和氧分离出来。如果把氢和氧重新混合燃烧，就会产生的高温。燃烧后生成的水对人类也不会产生污染，所以氢是最清洁的燃料，氢又是热效率最高的燃料。同气油相比，重量相等的氢在燃烧后产生的热量多，氢气在空气中燃烧的速度比汽油要快10倍以上。如果以氧作为氧化剂，燃烧得会更快更好，效率会提高。
固体燃料虽然有许多缺点，但是使用固体燃料的火箭，结构比较简单。因此，现在有些科学家还在研究固液混合型的火箭，这种火箭使用的氧化剂是液体的，而燃烧剂却是固体的。
