對於任何火箭而言，有效載荷的大小和將其送入軌道所需的燃料量之間存在著一種關係。當然，新增的燃料越多，所需的燃料箱就越大，所以新增的重量越多，需要新增的燃料也就越多。

簡而言之，之所以火箭需要分級，是因為單極火箭沒有足夠的動力把衛星送入地球軌道。火箭的有效性與其質量成反比，使用多級結構可以減少火箭執行時的質量，顯著提高燃料的效率。基於著名的齊奧爾科夫斯基火箭方程，前蘇聯的航天之父齊奧爾科夫斯基最早提出了多級火箭的構想。該公式如下：

其中Δv是火箭加速前後的速度差值，ve是火箭噴射速度，m0是火箭的初始總質量，m1是火箭執行期間的總質量。

從火箭方程可以看出，速度的變化量等於火箭噴射速度與初始質量除以執行質量的自然對數之間的乘積。因此，火箭的初始質量和執行質量之間的比值越大，火箭就越有效。

隨著火箭燃料的燃燒，有部分火箭動力被用來加速空的、無用的燃料箱。如果這部分無用的質量被拋離，將能顯著增加m1/m0的大小，從而提高燃料的效率，使火箭獲得更大的加速。

經過論證，三級火箭是最為理想的狀態。當一級火箭的燃料耗盡將會被分離，二級火箭的負載將顯著減輕，火箭能夠獲得更大的速度。一旦二級火箭的燃料耗盡，它也將被拋離。最終，三級火箭點火執行，足以把衛星送入地球軌道。

總之，雖然單極火箭的推力不足以把衛星送入軌道，但是透過分級結構，燃料的效率將顯著提高，使得火箭能夠成功入軌。

深奧的理論咱不懂，但基本原理還是知道的。火箭可以看作三個重量的組合：載荷，燃料和殼體，燃料產生的能量轉化成三者的動能，載荷，燃料都是必須的，而殼體在燃料用完後就成了死重，要不拋掉會白白浪費燃料的能量，造成效率下降。所以人們把火箭搞成多級的，逐級拋棄空殼體減輕重量，從而提高燃料利用率，當然發動機也一齊拋了。理論上級數越多效率越高，但也越複雜，所以一般是三級。