飛機的發動機需要空氣燃燒，一直往上飛，空氣越來越稀薄，到一定高度飛機發動機就不能正常使用了。飛機靠機翼和空氣的相對運動產生升力，空氣過於稀薄，升力也不夠了。 一句話，飛機只能在大氣層中飛行，不可能往上飛出大氣的限制。

一直往上飛的那是火箭，即便是太空梭沒有運載火箭也是歇菜。而可以短暫往上飛機是垂直起降飛機，主要是用於特殊場合，尤其是艦載機，而且使用垂直起降的戰鬥機耗油率非常驚人，這也導致航程非常短。更重要是飛機使用的航空發動機燃燒時需要氧氣，而隨著高度的攀升，含氧量會急劇減少，尤其是到了卡門線就進入了天空的邊界了。目前有人駕駛噴氣式飛機的最高升限記錄是37660米，是1977年8月31日亞歷山大·費多托夫駕駛米格-25完成的。

太空梭是轉為穿越卡門線進入太空而設計的火箭動力飛機，它結合了飛機和航天器的雙重特點。美國曾是唯一一太空梭成功進行多次載人任務的國家。但其本身並不會飛，而是搭載於運載火箭之上。太空梭在發射的時候和其他一次性航天器一樣。而其設計呈飛機的模樣，主要是機翼能在進去地球的過程中提供空氣剎車的作用，還能在降落時提供必要的升力。由於有機翼的存在，太空梭的有效載荷比例相對較低，工程師寄望於可重複使用這個特性來降低成本。但在實際的運營中可靠性較差，目前處於全部退役狀態。

截止目前，有4種類型的飛機可以實現垂直起飛。例如波音公司的魚鷹V-22和阿古斯特維斯特蘭的AW609傾轉旋翼機，它們利用傾轉旋翼實現這一功能。其二是推力向量技術，例如AV-8、雅克-36和洛克希德·馬丁F-35B。其三是利用額外的升力發動機，典型代表是雅克-38和雅克-141。最後是使用可旋轉機翼的波音X-50。