Det er vanlig å bruke flytende oksygen som et flytende, kryogenisk rakettdrivstoff, ofte i kombinasjon med flytende hydrogen eller parafin. Flytende oksygen er brukbart som rakettdrivstoff fordi det gir rakettmotorer en høy spesifikk impuls. Spesifikk impuls angir hvor stor impuls en vektenhet av drivstoffet kan produsere under gitte motorbetingelser, og det er dermed et mål på effektiviteten av rakettdrivstoff. Vanligvis ønsker man å oppnå en så høy spesifikk impuls som mulig. Flytende oksygen ble brukt i de aller første rakettene, slik som V2-missilet (under navnene og ), Redstone, R-7 Semjorka, Atlas-hjelperakettene og i oppstigningstrinnene til Saturn-rakettene. Det ble også brukt i noen av de første interkontinentale ballistiske missilene (ICBM) i verden. Nyere interkontinentale ballistiske missiler bruker ikke flytende oksygen på grunn av dets kryogeniske egenskaper og behovet for regelmessig og tidkrevende påfylling for å erstatte væske som har gått tapt til omgivelsene ved spontan koking. Denne prosessen gjør det vanskeligere å oppbevare og avfyre missiler raskt. Mange moderne raketter benytter flytende oksygen, blant andre hovedmotorene på de amerikanske romfergene som ble utviklet på 1970-tallet og ikke lenger er i bruk.