火箭的级数并非固定不变，它取决于任务目标。将有效载荷送入近地轨道，通常需要两到三级。若目标是月球、火星或更遥远的深空，则需要更多级数或更强大的推进系统。
为什么需要多级火箭
多级火箭的核心原理是“质量抛弃”。火箭起飞时，绝大部分质量是燃料和氧化剂，储存燃料的贮箱和发动机结构成为死重。随着燃料耗尽，这些结构不再必要。抛弃已用尽的级，剩余部分获得更高推重比，能持续加速。单级火箭难以将有效载荷加速至第一宇宙速度。
齐奥尔科夫斯基火箭方程
该方程揭示了根本限制。方程表述为 ΔV = Isp · g0 · ln(m0/mf)。其中ΔV是速度增量，Isp是比冲，g0是标准重力加速度，m0是初始质量，mf是最终质量。要获得高ΔV，要么提升发动机效率（比冲），要么增大质量比（初始质量与最终质量之比）。多级设计通过逐级抛弃死重，有效提升整体质量比。
典型的级数配置
现代运载火箭的级数配置是工程优化的结果。
两级入轨
多数近地轨道发射任务采用两级构型。第一级提供主要推力，克服大气层最稠密部分的阻力和地球引力。第二级在稀薄大气或真空中工作，负责将载荷加速至轨道速度。例如，猎鹰9号火箭是两级构型。
三级或多级
对于更高轨道或逃逸任务，需要额外级数。三级火箭能提供更大速度增量。例如，执行月球探测任务的火箭常采用三级或更多级。有些设计包含助推器，这些捆绑式助推器可视为零级，用于补充起飞推力。
级数与可靠性的权衡
增加级数能提升性能，也引入复杂性。每一级都包含独立的发动机、贮箱和分离机构。分离环节存在风险，更多级数意味着更多潜在故障点。工程师必须在性能、成本与可靠性间取得平衡。可重复使用技术是新的发展方向，例如猎鹰9号第一级回收，旨在降低发射成本，其级数设计并未改变基础原理。
特殊案例与未来构想
存在例外情况。航天飞机系统可视为两级半构型，其轨道器自带主发动机，依赖外挂燃料箱和固体助推器。单级入轨是人类航天长期追求的目标，理论上能大幅提高可靠性和可复用性。但材料科学和推进技术尚未能实现可行的单级入轨运载器。空射型火箭从高空飞机上发射，利用了载机的初始高度和速度，可减少自身所需级数。
火箭级数的选择是任务需求、物理定律与工程能力共同作用的结果。从近地轨道到星际航行，级数从一级到多级不等，核心目标始终是以最高效的方式将载荷送入目标轨道或轨道。