低温发动机通常是一种火箭发动机，旨在摆脱地球引力，将探测器送入太空或将卫星升入轨道。它们使用被冷却到非常低的温度的液体燃料，这些燃料在正常大气压力和温度下是气态的，如氢和氧。这些燃料以两种主要设计之一被利用来产生推进力。氢气作为燃料被汽化，并被氧的氧化剂点燃，产生标准的热火箭推力；或者它们被混合，产生超热蒸汽，从发动机喷嘴排出，产生推力。

截至2011年，五个国家目前拥有成功测试的低温发动机推进系统。这些国家包括美国、俄罗斯和中国，以及法国和日本。位于德国Lampoldshausen的德国航空航天中心正在进行开发低温推进器的工作。印度也在最近的2009年对印度空间研究组织（ISRO）生产的低温火箭设计进行了实地测试，结果是测试车辆发生了灾难性的失败。

火箭燃料的低温工程至少从20世纪60年代美国阿波罗登月任务使用的土星五号火箭的设计开始就已经存在。美国航天飞机的主发动机也使用低温储存的燃料，俄罗斯和中国用作核威慑的几种早期型号的洲际弹道导弹（ICBMs）也是如此。液体燃料的火箭比固体燃料的火箭有更大的推力，因此速度也更大，但要用空燃料箱储存，因为燃料很难维护，而且随着时间的推移会使发动机阀门和配件变坏。使用低温燃料作为推进剂需要储存燃料的设施，以便在需要时将其泵入火箭发动机保温箱。由于以低温发动机为动力的导弹的发射时间可以延迟到几个小时，而且储存燃料是有风险的，所以美国在20世纪80年代转而使用所有固体燃料的核洲际弹道导弹。

液氢和液氧分别储存在华氏-423度（摄氏-253度）和华氏-297度（摄氏-183度）的水平。这些元素很容易获得，并提供了用于火箭推进的液体燃料中最大的能量转换率之一，因此它们已成为每个从事低温发动机设计的国家的首选燃料。它们也产生了已知的化学火箭推进的最高比冲率之一，高达450秒。比冲是对每单位燃料消耗的动量变化的衡量。一个产生440比冲的火箭，如真空中的航天飞机低温发动机，将达到大约每小时9900英里（每小时15840公里）的速度，这刚好足以让它在围绕地球的衰减轨道上停留很长一段时间。

低温发动机的一个新变化是美国国家航空和航天局（NASA）正在开发的通用可扩展低温发动机（CECE）。它使用典型的液氧和氢燃料，但整个发动机本身也是过冷的。燃料混合后产生5000华氏度（2760摄氏度）的过热蒸汽，作为火箭推力的一种形式，可以从略高于100%的推力水平节流到10%，用于在登陆环境（如月球表面）中进行机动。该发动机已在2006年末进行了成功的测试，并可能用于未来的火星和月球载人任务。