Научно-фантастические сочинения среди работ ученого занимали сравнительно небольшой объем. Но они играли важную роль, когда он начинал писать основные труды по реактивному движению и межпланетным сообщениям.

В первой работе на эту тему — «Свободное пространство» — ученый впервые сформулировал идею: на космическом корабле должен быть реактивный двигатель. Циолковский составил схему корабля и описал его устройство. В 1903 году в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами» Циолковский составил полное описание космического корабля — ракеты.

«Долго на ракету я смотрел как и все: с точки зрения увеселений и маленьких применений. Не помню хорошо, как мне пришло в голову сделать вычисления, относящиеся к ракете»
Константин Циолковский.

Математические расчеты ученого доказывали: преодолеть земное тяготение и отправиться в космическое путешествие — возможно. Его ракета имела вид бескрылой птицы, которая развивала невероятную скорость: 7880 метров в секунду.

Циолковский пришел к выводу, что сразу после прекращения работы двигателя в полетах будет возникать состояние невесомости. Космонавты вынуждены будут жить и работать в необычных условиях отсутствия веса. Вот как ученый описывал эту картину: «Все неприкрепленные к ракете предметы сошли со своих мест и висят в воздухе, ни к чему не прикасаясь… мы сами не касаемся пола и принимаем любое положение, направление: стоим и на полу, и на потолке, и на стене, стоим перпендикулярно и наклонно, плаваем в середине ракеты как рыбы, но без усилий».

Для полета ракеты ученый предлагал жидкое топливо с использованием жидкого кислорода, водорода, нефти и ее производных. Он предвидел, что управлять ракетой вручную будет практически невозможно и предлагал устроить автоматическое управление с использованием газовых рулей. Эти идеи позднее были воплощены на практике.

Макет ракеты Циолковского в музей передал в декабре 1967 года научный комитет по выставкам Академии наук СССР. Макет выполнен по чертежам ученого 1915 года под руководством Якова Перельмана. Как и предлагал Циолковский, ракета обтекаемой формы, внизу находится топливный отсек, а наверху жилой.

Ученый размышлял о том, что большое ускорение ракеты усиливает силу тяжести, и она может быть опасна для живого существа. Он предлагал установить специальные ванны, в которых космонавт будет находиться в самые опасные моменты: «В жидкости человек теряет вес. Поэтому в жидкой среде существо может выдержать огромное ускорение». В жилом отсеке макета ракеты Циолковского мы можем рассмотреть эти ванны. Однако во многом остальном жилой отсек в ракете похож на земное жилище, хотя Циолковский настаивал, что в условиях невесомости «интерьер» должен быть особенным.