Однако наибольшее практическое значение для будущего освоения космоса имела разработка К. Э. Циолковским теории движения ракет. Мысли об использовании принципа реактивного движения в космосе высказывались им еще в 1883 году, однако полностью теория реактивного движения была изложена им лишь тринадцать лет спустя. В 1903 году К. Э. Циолковскому удалось опубликовать часть статьи «Исследование мировых пространств реактивными приборами», обосновавшую реальную возможность их применения для межпланетных сообщений (продолжения этой статьи публиковались в 1911, 1912 и 1914 годах). К. Э. Циолковский вывел формулу конечной скорости движения ракеты (не зная, что до него она была открыта народовольцем Кибальчичем накануне казни – об этом стало известно лишь десятилетия спустя).

Его исследования впервые показали возможность достижения космических скоростей, доказав тем самым принципиальную осуществимость межпланетных полетов.

К. Э. Циолковский впервые решил задачу посадки космических аппаратов на поверхность планет, лишенных атмосферы, а затем приближенно рассмотрел влияние атмосферы на полет ракеты. В 1926–1929 годах он разработал теорию многоступенчатых ракет.

Он первым изучил вопрос о ракете – искусственном спутнике Земли и высказал идею создания орбитальных околоземных станций как искусственных поселений, использующих энергию Солнца, а также промежуточных баз для межпланетных сообщений. Он рассмотрел медико-биологические проблемы, возникающие при длительных космических полетах, и внимательно рассматривал возможность экономического использования спутников Земли.

Многие из предложенных им технических решений впоследствии нашли практическое применение в ракетостроении. Это, в частности, графитовые газовые рули для управления полетом ракеты и изменения траектории движения ее центра масс; использование компонентов топлива для охлаждения внешней оболочки космического аппарата во время входа в атмосферу, оптимальные траектории спуска при возвращении из космоса. В области ракетных топлив К. Э. Циолковский исследовал большое число различных окислителей и горючих для ЖРД и рекомендовал некоторые использовавшиеся впоследствии топливные сочетания.

Однако, несмотря на целый ряд бесспорных практических и теоретических достижений, которые, собственно говоря, и принесли ему признание, несмотря на часто нарочитую приземленность своих изысканий, К. Э. Циолковский оставался прежде всего философом (пусть и «практикующим» в инженерной сфере), представителем русского космизма. Достаточно сказать, что конечная цель освоения космического пространства представлялась ему в виде полной перестройки биохимической природы человека и перехода его из материального в волновое («лучистое») состояние.

Его последователи были уже сугубыми практиками: история поставила перед ними сугубо конкретные проблемы, решать которые предстояло в прямом смысле слова любой ценой.