Typische Formen des Weltraumantriebs sind heute Feststoffraketen, Flüssigkeitsraketen und Hybridraketen. Alle tragen ihren Treibstoff an Bord und verwenden chemische Energie, um Schub zu erzeugen. Leider können sie sehr teuer sein: Es kann 25-200 Kilogramm Rakete erfordern, um eine Nutzlast von 1 kg in eine niedrige Erdumlaufbahn zu bringen. Das Heben eines Kilogramms in eine niedrige Erdumlaufbahn kostet seit 4,000 mindestens 2008 US-Dollar (USD). 10,000 US-Dollar können typischer sein.
Der Ansatz chemischer Raketen für Weltraumstart und -reisen ist grundsätzlich begrenzt. Da eine Rakete ihren eigenen Treibstoff durch den dichtesten Teil der Atmosphäre nach oben treiben muss, ist sie nicht sehr kostengünstig. Eine neuere Erfindung ist das private Raumschiff SpaceShipOne, das ein Trägerfahrzeug (White Knight) verwendet, um es vor dem Start auf eine Höhe von 14 km (8.7 Meilen) zu bringen. Auf dieser Höhe, größer als der Mt. Everest, befindet sich SpaceShipOne bereits über 90 % der Atmosphäre und kann mit seinem kleinen Hybridantrieb den Rest des Weges bis an den Rand des Weltraums (100 km Höhe) zurücklegen. Frühe, billige, wiederverwendbare touristische Raumschiffe werden wahrscheinlich auf diesem Modell basieren.
Jenseits des chemischen Raketenparadigmas gibt es mehrere andere Formen von Weltraumantrieben, die analysiert wurden. Insbesondere Ionentriebwerke wurden bereits von mehreren Raumfahrzeugen erfolgreich eingesetzt, darunter Deep Space 1, das 2001 den Kometen Borrelly und den Asteroiden Braille besuchte. Ionentriebwerke funktionieren wie ein Teilchenbeschleuniger und werfen Ionen mithilfe eines elektromagnetischen Gebiet. Bei längeren Reisen, etwa von der Erde zum Mars, bieten Ionentriebwerke eine bessere Leistung als herkömmliche Weltraumantriebe, jedoch nur mit geringem Vorsprung.
Zu den fortgeschritteneren Formen des Weltraumantriebs gehören der Kernimpulsantrieb und andere nuklearbetriebene Ansätze. Die Leistungsdichte eines Atomkraftwerks oder einer Atombombe ist um ein Vielfaches höher als die jeder chemischen Quelle, entsprechend effektiver wären Atomraketen. Nuklearer Impulsantrieb, ein Referenzdesign aus den 1960er Jahren namens Orion – nicht zu verwechseln mit dem Orion Crew Exploration Vehicle der 2000er Jahre – das eine 200-köpfige Besatzung in nur vier Wochen zum Mars und zurück bringen könnte, verglichen mit 12 Monaten für die aktuelle chemisch angetriebene Referenzmission der NASA oder die Saturnmonde in sieben Monaten.
Ein anderes Design namens Project Daedalus hätte nur etwa 50 Jahre benötigt, um es zu Bernards Stern zu schaffen, der 6 Lichtjahre entfernt ist, würde jedoch einen gewissen technologischen Fortschritt im Bereich der Trägheits-Einschluss-Fusion (ICF) erfordern. Die meisten Forschungen zum nuklearen Impulsantrieb wurden aufgrund des Vertrags über ein teilweises Testverbot im Jahr 1965 eingestellt, obwohl die Idee in letzter Zeit erneut Aufmerksamkeit erregte.
Eine andere Form des Weltraumantriebs, Sonnensegel, wurden in den 1980er und 1990er Jahren eingehend untersucht. Solarsegel würden ein reflektierendes Segel verwenden, um die Nutzlast mit dem Strahlungsdruck der Sonne zu beschleunigen. Da sie keine Reaktionsmasse tragen, könnten Sonnensegel ideal für eine schnelle Reise von der Sonne entfernt sein. Obwohl Sonnensegel Wochen oder Monate brauchen können, um auf eine merkliche Geschwindigkeit zu beschleunigen, könnte dieser Prozess übersprungen werden, indem erd- oder weltraumgestützte Laser verwendet werden, um Strahlung auf das Segel zu richten. Leider ist die Technologie zum Falten und Entfalten eines extrem dünnen Sonnensegels noch nicht verfügbar, sodass die Konstruktion möglicherweise im Weltraum erfolgen muss, was die Sache erheblich erschwert.
Eine andere, futuristischere Form des Weltraumantriebs wäre die Verwendung von Antimaterie als Treibstoff für den Antrieb, wie einige Raumschiffe in der Science-Fiction. Antimaterie ist heute die teuerste Substanz der Erde und kostet etwa 300 Milliarden US-Dollar pro Milligramm. Bisher wurden nur einige Nanogramm Antimaterie produziert, etwa genug, um eine Glühbirne mehrere Minuten lang zum Leuchten zu bringen.
Der Hauptunterschied zwischen vielen der genannten Technologien und chemischen Raketen besteht darin, dass diese Technologien Raumfahrzeuge auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen können, während chemische Raketen dies nicht können. Die langfristige Zukunft der Raumfahrt liegt also in einer dieser Technologien.