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多级火箭是一种使用了两节或更多节的火箭，每级火箭皆搭载了自有的火箭发动机及推进剂。堆叠分节的方式将一节装载在数节之上；平行分节的方式则将一节装载在其它节的旁边。使得二或更多个火箭互相堆叠或放置于其它火箭的旁边"。结合起来的火箭称为运载火箭。两节式火箭相当常见，但最多也曾有五节式火箭成功发射。
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火箭的重量因抛弃烧完推进剂的分节而减少。这样的分节技术使剩余分节的推力能更轻易地加速火箭至最终速度与高度。
在堆叠分节方式中，第一级火箭通常比第二节大，有效载荷则装在第二节之上。在平行分节方式中，固态火箭助推器或液态火箭助推器会提供起飞时大部分推力。它们有时候会被称为“第0节”。在一般情况下，第一节及推进发动机点火向上推进整个火箭。当助推器燃料用尽，就从火箭上分离(通常借由一点炸药)并掉落。第一节接着点火完成程序也接着分离。接下来位于火箭底部的第二级火箭跟着点火。这个程序不断重复直到最后一节的发动机燃烧完毕。但是，印度的地球同步卫星运载火箭第一级采用固体火箭推进时间100秒，而助推器采用4枚液体火箭推进时间160秒，也即助推火箭携带已经关机的一级火箭的结构重量继续推进1分钟时间。
使用多级火箭及助推器最主要的理由是当燃料烧尽时，原本储存燃料及发动机本身的空间与结构就再也没用，只会增加载具的重量并且降低之后的加速。借由丢弃无用的分节，火箭降低其自身重量。其它分节的推进力就可以比原本没有丢弃、或者比单一大型火箭还能提供更多加速。当丢弃一段分节时，剩余部分的火箭仍然以近似整个组合体在燃尽时的速度移动。这表示它仅需要更少的总燃料以达到想要的速度或高度。
另一个优点是每一节都可使用不同种类的火箭发动机，而每个分节/发动机都可依其运行时的状况调整。因此低层节的发动机设计用在有大气压力的状况下，上层节可用较适合于近似真空状态的发动机，低层节比高层节需要更多结构，因为他们需要搭载自身的重量加上上层的重量，将各层结构最佳化可减少整体载具的重量并提供更多好处。
在另外一方面，分节技术必须承载稍后阶段才会用到的发动机，也使得整个火箭变得更加复杂更加难建造。然而其所带来的好处是如此巨大以致于现在所有用来运送有效载荷至轨道的火箭都用分节技术。
目前，这项技术的实用性因科技发展而遭到了质疑。以航天飞机为例，升空的费用大部分皆与运行人事费用相关(对照于燃料或设备)，减少这些花费变成降低整体发射成本最好的方法。还在理论中及开发中的新科技被检视以降低发射载具成本。更多的信息可以从单级火箭至没有分段的设计中找到。
多级火箭可能会造成太空垃圾。
运载工具的上面级是一种可以在低压或真空环境工作的火箭级。上面级一般采用低压燃烧室和比较合适的喷嘴尺寸膨胀比。许多低压液体燃料上面级，如喷气飞机公司的AJ-10，推进剂的输送不需要复杂的涡轮设备[1]。低压燃烧室的热传导率很低，因为燃烧室可采用烧蚀冷却技术，而不需要很复杂的回流冷却。
人类历史上最早的多级火箭，是北宋时期水师装备的“火龙出水”。朝鲜在14世纪也装备了类似的多级火箭武器。
欧洲最早的多级火箭实验由奥国人Conrad Haas在1551年所做，他是外西凡尼亚 (现今罗马尼亚境内)Sibiu城的军火大师。 这个概念由至少四个人分别独立开发：
第一枚多级现代火箭是1948年在美国白沙靶场试射的RTV-G-4 Bumper。最大试射高度达到了393 km。
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