Μια κρυογονική μηχανή είναι συνήθως μια μηχανή πυραύλων που έχει σχεδιαστεί είτε για να ξεφεύγει από τη βαρύτητα της Γης για να στείλει ανιχνευτές σε απόσταση είτε να ανυψώσει δορυφόρους σε τροχιά. Χρησιμοποιούν υγρά καύσιμα που ψύχονται σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και τα οποία διαφορετικά θα ήταν σε αέρια κατάσταση σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση και θερμοκρασία, όπως υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτά τα καύσιμα χρησιμοποιούνται σε έναν από τους δύο κύριους σχεδιασμούς για την παραγωγή προωθητικής δύναμης. Είτε το υδρογόνο εξατμίζεται ως καύσιμο και αναφλέγεται από το οξειδωτικό οξυγόνου για να δημιουργήσει τυπική θερμή ώθηση πυραύλων, είτε αναμειγνύονται για να δημιουργήσουν εξαιρετικά ζεστό ατμό που εξέρχεται από το ακροφύσιο του κινητήρα και δημιουργεί ώθηση.
Πέντε χώρες διαθέτουν επί του παρόντος επιτυχώς δοκιμασμένα συστήματα πρόωσης κρυογονικών κινητήρων από το 2011. Αυτά περιλαμβάνουν τις Ηνωμένες Πολιτείες, τη Ρωσία και την Κίνα, καθώς και τη Γαλλία και την Ιαπωνία. Οι εργασίες στο Γερμανικό Αεροδιαστημικό Κέντρο στο Λάμπολντσχάουζεν της Γερμανίας συνεχίζονται για την ανάπτυξη κρυογονικής πρόωσης. Η Ινδία έχει επίσης δοκιμάσει επιτόπου έναν κρυογονικό σχεδιασμό πυραύλων μόλις το 2009, που κατασκευάστηκε από τον Ινδικό Οργανισμό Διαστημικής Έρευνας (ISRO), που είχε ως αποτέλεσμα την καταστροφική βλάβη του οχήματος δοκιμής.
Η κρυογονική μηχανική για καύσιμα πυραύλων υπάρχει τουλάχιστον από τη σχεδίαση του πυραύλου Saturn V της δεκαετίας του 1960, που χρησιμοποιήθηκε από τις αποστολές Apollo Moon των Ηνωμένων Πολιτειών. Οι κύριες μηχανές του διαστημικού λεωφορείου των ΗΠΑ χρησιμοποιούν επίσης κρυογονικά αποθηκευμένα καύσιμα, όπως και αρκετά πρώιμα μοντέλα διηπειρωτικών βαλλιστικών πυραύλων (ICBM) που χρησιμοποιούνται ως πυρηνικά αποτρεπτικά από τη Ρωσία και την Κίνα. Οι πύραυλοι με υγρά καύσιμα έχουν μεγαλύτερη ώθηση και, επομένως, μεγαλύτερη ταχύτητα από τους αντίστοιχους με στερεά καύσιμα, αλλά αποθηκεύονται με άδειες δεξαμενές καυσίμου, καθώς τα καύσιμα μπορεί να είναι δύσκολο να διατηρηθούν και καταστρέφουν τις βαλβίδες και τα εξαρτήματα του κινητήρα με την πάροδο του χρόνου. Η χρήση κρυογονικού καυσίμου ως προωθητικού έχει απαιτήσει εγκαταστάσεις αποθήκευσης για το καύσιμο, έτσι ώστε να μπορεί να αντληθεί σε δεξαμενές συγκράτησης κινητήρα πυραύλων όταν χρειάζεται. Δεδομένου ότι ο χρόνος εκτόξευσης των πυραύλων που τροφοδοτούνται από έναν κρυογονικό κινητήρα μπορεί να καθυστερήσει έως και αρκετές ώρες και η αποθήκευση του καυσίμου είναι επικίνδυνη, οι ΗΠΑ μετατράπηκαν σε όλα τα πυρηνικά ICBM με στερεά καύσιμα τη δεκαετία του 1980.
Το υγρό υδρογόνο και το υγρό οξυγόνο αποθηκεύονται σε επίπεδα -423° Φαρενάιτ (-253° Κελσίου) και -297° Φαρενάιτ (-183° Κελσίου), αντίστοιχα. Αυτά τα στοιχεία αποκτώνται εύκολα και προσφέρουν έναν από τους μεγαλύτερους ρυθμούς μετατροπής ενέργειας υγρών καυσίμων για πρόωση πυραύλων, επομένως έχουν γίνει τα καύσιμα της επιλογής για κάθε έθνος που εργάζεται σε κρυογονικά σχέδια κινητήρων. Παράγουν επίσης έναν από τους υψηλότερους γνωστούς ρυθμούς ειδικής ώθησης για χημική πρόωση πυραύλων έως και 450 δευτερολέπτων. Η ειδική ώθηση είναι ένα μέτρο της μεταβολής της ορμής ανά μονάδα καυσίμου που καταναλώνεται. Ένας πύραυλος που παράγει συγκεκριμένα ώθηση 440, όπως ένας κρυογονικός κινητήρας του Διαστημικού Λεωφορείου στο κενό, θα επιτύχει ταχύτητα περίπου 9,900 μιλίων την ώρα (15,840 χιλιόμετρα την ώρα), η οποία είναι αρκετή για να τον κρατήσει σε μια τροχιά σε αποσύνθεση γύρω από τη Γη για παρατεταμένο χρονικό διάστημα.
Μια νέα παραλλαγή στους κρυογονικούς κινητήρες είναι ο Common Extensible Cryogenic Engine (CECE) που αναπτύσσεται από την Εθνική Υπηρεσία Αεροναυτικής και Διαστήματος (NASA) στις ΗΠΑ. Χρησιμοποιεί τυπικό υγρό οξυγόνο και καύσιμο υδρογόνου, αλλά ολόκληρος ο ίδιος ο κινητήρας είναι επίσης υπερψυκτικός. Το καύσιμο αναμειγνύεται για να δημιουργήσει υπέρθερμο ατμό 5,000° Fahrenheit (2,760° Κελσίου) ως μια μορφή ώθησης πυραύλων που μπορεί να στραγγαλιστεί πάνω και κάτω από ελαφρώς πάνω από 100% έως 10% επίπεδα ώσης, για ελιγμούς σε περιβάλλοντα προσγείωσης όπως στην επιφάνεια το φεγγάρι. Ο κινητήρας έχει υποβληθεί σε επιτυχείς δοκιμές μέχρι το 2006 και μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο σε μελλοντικές επανδρωμένες αποστολές στον Άρη όσο και στη Σελήνη.