火箭面临的一个关键挑战是需要同时携带燃料和氧化剂。与汽车和飞机不同，汽车和飞机从大气中获取氧气，而随着海拔的升高，空气会变得稀薄，使得依靠大气中的氧气变得不切实际。虽然一些吸气式设计（如协同吸气式火箭发动机，SABER）可以同时作为喷气发动机和火箭发动机工作，但大多数火箭都需要自行携带氧化剂。与氢相比，氧气的质量较重，在氢氧火箭中，燃烧氢和氧气时，燃料仅占总质量的约 11%，而氧化剂占 89%。氢的低密度和储存挑战往往使其不如煤油（RP-1）受欢迎。煤油是一种碳氢化合物混合物，氢含量约为 15%，燃烧时会产生二氧化碳和水。虽然其效率低于氢氧燃料，但它更易于处理，并且与氧化剂搭配使用时能提供不错的性能，不过其排气速度明显低于纯水，更不用说单个原子了。火箭面临的另一个限制是其所能承受的高温。氢氧火箭在真空中的排气速度约为 4400 米 / 秒，而 RP-1 火箭的排气速度为 3300 米 / 秒，但两者的废气温度都极高，可达 67000 华氏度（4000 开尔文）。这些速度仍然低于进入近地轨道所需的 7800 米 / 秒（17500 英里 / 小时）。将物体的速度翻倍需要四倍的能量，而携带额外的燃料会增加重量，这些重量也需要被加速，从而进一步降低效率。
齐奥尔科夫斯基火箭方程表明，要使速度翻倍，所需的燃料量是原来的 e?? 倍（其中 e 为自然常数，约等于 2.718），这意味着你需要大约 7.39 倍的燃料才能使速度翻倍。要使速度变为原来的三倍（这需要九倍的动能），你需要 e?? 倍的燃料，约为 20.9 倍。要使速度变为原来的四倍，需要 e??倍的燃料，约为 54.6 倍；要使速度变为原来的五倍，需要 e??倍的燃料，约为 148 倍。这就是我们所说的 “火箭方程的暴政”。当在有巨大物体（如行星）可借助施力时，提高速度所需的能量与速度的平方成正比。例如，将速度提高 2 倍、3 倍、4 倍、5 倍或 6 倍，所需