除運載火箭運送的有效載荷係統以外，無論是固體運載火箭還是液態運載火箭、單級運載火箭還是多級運載火箭，都是由結構係統（箭體結構）、動力係統（推進係統）和控製係統組成的。這三大係統是火箭的主要係統，其工作的可靠性對火箭發射的成敗起著決定性作用。此外，火箭上還裝有遙控係統、外彈道測量係統、安全係統和初始定向係統等。下麵，我們將詳細地介紹一下火箭的基本結構和組成。
1.火箭的基體—箭體結構
箭體結構是運載火箭的基體，用來維持火箭的外形，承受火箭的地麵運輸、發射操作和在飛行中作用於火箭上的各種載荷（力、力矩等），安裝連接火箭各係統的儀器、設備，組合成一個能在大氣層中高速飛行的飛行器整體。總之，箭體的主要功能就是受力（承受作用於火箭上的各種力，包括推力、氣功力等）、整流（使火箭成為一個便於穿越大氣層的流線體）、容納與安裝（安裝各控製係統儀器設備）以及推進劑的貯存與供應（液體火箭）。
箭體包括有效載荷艙和整流罩、儀器艙、發動機艙、級間艙、連接與分離係統等。
2.有效載荷艙和整流罩
有效載荷艙，就是容納和安裝有效載荷的地方，所謂有效載荷就是運載火箭運送的載體，比如衛星、載人飛船、其他航天器等。有效載荷通過有效載荷支架和火箭的最上麵一級（或稱末級）相連接，所以有效載荷艙往往位於運載火箭的前端。有效載荷與火箭的連接和一般的連接形式不同，它是用一種叫做連接分離機構的裝置來連接的。就是說，當運載火箭垂直運輸以及在主動段飛行時，要求此裝置能把有效載荷和末級火箭牢牢地連接在一起；而當運載火箭飛行段結束，有效載荷入軌時，又要求它迅速而又可靠地將有效載荷與末級火箭分離。
通過觀察我們可以發現，大部分航天器的外形都是不規則的，非常不適合在大氣層中高速飛行。為此，研究人員在有效載荷艙外麵加上一個整流罩，不僅能減少噪音的影響，同時還可保護有效載荷在發射前操作時不被碰撞。第三，尖錐形的整流罩和箭體構成一個錐柱體外形，可減少火箭在大氣層內飛行的空氣阻力。
運載火箭飛出大氣層後，整流罩的任務已經完成，為了減輕火箭的負擔，一般當火箭飛行到離地麵100千米左右的高空時，整流罩就會自行拋掉，所以整流罩多數情況下呈“瓜瓣”狀，各瓣之間以及整流罩與火箭之間也都由分離連接機構連接。在火箭通過大氣層進入真空時，分離連接機構工作，整流罩與火箭之間、整流罩各瓣之間就會分開，脫離火箭散落到地麵。
3.儀器艙
所謂儀器艙是安裝在火箭上儀器設備的地方，運載火箭大部分的儀器設備，諸如控製係統、遙測係統、外測安全係統等儀器設備都安裝在這裏。儀器艙外殼很薄，周圍開有小窗，便於在發射前進行儀器設備檢查和測試。
4.級間段
級間段是指串聯型多級火箭各級之間的過渡連接結構，因為每一級後部都有發動機係統（固體火箭為發動機噴管），所以兩級之間必須有一段過渡結構才能把兩級箭體連接起來。這一段不但是過渡結構，同時也是上麵一級火箭的發動機艙，能夠用來保護發動機在大氣層中飛行時不受氣動力和氣動熱的影響。此外，級間段還是動力係統、控製係統、遙測係統等部分儀器設備的安裝場所。
級間段有兩類結構形式：一是薄殼結構形式，需要在殼體側麵開有若幹排焰口，以保證上麵一級發動機點燃後產生的火焰能及時排到箭體外麵；二是桁架結構形式，它是由若幹根圓杆構成（有點類似於建築工地上的腳手架）的，並不是封閉的，這非常有利於發動機排焰。在級間分離時，為了盡量減少上麵級的結構質量，級間段大部分隨下麵級分離掉。
5.段尾
顧名思義，段尾是火箭尾部的一段結構。其有以下用途：當火箭豎立在發射台上時承受整個火箭的重量；是第一級的發動機艙；當火箭在大氣層內飛行時，它可以保護發動機不受氣動力和氣動熱的影響；若火箭帶有尾翼，它就是安裝尾翼的基體；另外它還安裝有部分控製、遙測等係統設備。
通常情況下，段尾多是薄殼結構形式，殼體側麵開有若幹窗口，在發射準備階段，用來對動力係統進行全麵檢查和測試，有利於對動力係統部分組件的安裝。
6.推進劑貯箱
這裏所說的推進劑貯箱是指液體火箭的推進劑貯箱，它是貯存液體推進劑的貯存容器。因為在一枚火箭中，推進劑的質量大約占整個火箭的90%左右，所以推進劑貯箱的荷重也就占了整個火箭質量的大部分。
推進劑貯箱不僅用於存貯推進劑，而且還是火箭的主要承力結構，用以承受發動機和空氣動力作用在火箭上的力；其次，貯箱還有定量功能，就是控製加注貯箱內的推進劑量，因為火箭對所需要的推進劑量要求很嚴格，加注的推進劑量少了，火箭還沒有達到預定的速度，推進劑就會耗盡，發動機就會停止工作，當然也就不能把航天器送入預定的軌道。與之相反，如果推進劑加多了，火箭達到預定的速度後發動機關機，多餘的推動劑不但沒有任何用途，反而在整個飛行中一直消耗火箭的能量，因此會成為火箭的負擔，降低了火箭的運載能力；第三，貯箱還能根據發動機工作的需要將推進劑輸送給發動機係統。對於使用低溫推動劑的貯箱，還能起到隔熱保溫的作用，以防止低溫推進劑在常溫環境下大量揮發。
推進劑貯箱按其使用的推進劑類型分為常溫推進劑貯箱和低溫推進劑貯箱。常溫貯箱一般為薄殼式結構，多數是采用高強度鋁合金板材焊接而成（有的板材還采用數控銑切成網格狀，以減輕其質量）；而對於低溫貯箱而言，除了具有與常溫貯箱相同的金屬薄殼結構外，往往還要在外麵包上一層隔熱材料（當然還有其他的隔熱方式）。
7.分離係統
眾所周知，火箭在飛行過程中往往將一些完成任務後沒有什麼用途的部件全部拋掉，執行這些預定指令的功能都是由火箭上的分離係統來完成的。這些分離包括：級與級之間的分離、整流罩的分離、有效載荷的分離以及逃逸塔與火箭的分離等。
分離係統一般由以下三部分構成：
（1）連接解鎖裝置：能夠保證在分離之前能牢固地連接在一起，而需要分離時又能可靠地分開，比如爆炸螺栓，聚能爆炸索等。
（2）分離衝量裝置：當兩個部件分離時，不僅是把連接裝置解脫開，還要把它們推開一定的距離，但是需要一定的能量，分離衝量裝置就是為分離部件提供分離能量，比如常用的有壓縮彈簧、氣動式火藥作動筒、反推小火箭等。