Khí thải từ các hệ thống động cơ tên lửa, cả trong khí quyển Trái Đất lẫn ngoài không gian, có những ảnh hưởng bất lợi tới môi trường của Trái Đất. Một số nhiên liệu tên lửa được cháy tự phát (hypergolic rocket propellants), như hydrazine, là rất độc hại trước khi bốc cháy, nhưng phân hủy thành các hợp chất ít độc hại hơn sau khi cháy. Các tên lửa sử dụng nhiên liệu hiđrôcacbon, như kerosene, giải phóng cacbon điôxít và khói muội.[137] Tuy nhiên, lượng khí thải cacbon điôxít từ các động cơ tên lửa là không đáng kể so với những nguồn thải khác; trung bình Hoa Kỳ đốt cháy 3,0382 x 109 lít nhiên liệu lỏng trong một ngày của năm 2014, trong khi một lần phóng tên lửa Falcon 9 với tầng đầu tiên đốt cháy khoảng 95.000 lít kerosene.[138][139] Ngay cả nếu một tên lửa Falcon 9 được phóng mỗi ngày, nó sẽ chỉ chiếm 0,006% lượng nhiên liệu lỏng tiêu thụ (và tương ứng với một số lượng khí thải) trong ngày đó. Thêm vào đó, khí thải từ LOx- và LH2- nhiên liệu chất lỏng của các tên lửa, giống như SSME, hầu hết là hơi nước.[140] NASA tuyên bố một trong những lý do hủy bỏ chương trình Constellation là từ những đánh giá tác động môi trường buộc phải tuân theo Đạo luật Chính sách Môi trường Quốc gia năm 2011.[141] Ngược lại, động cơ ion sử dụng các khí trơ vô hại như xenon làm nhiên liệu đẩy.[142][143]

Ngày 8 tháng 5 năm 2003, Cơ quan Bảo vệ Môi sinh Hoa Kỳ công nhận NASA như là cơ quan liên bang đầu tiên sử dụng khí bãi thải để tạo ra năng lượng sử dụng cho một cơ sở của nó—trung tâm Bay Không gian Goddard, Greenbelt, Maryland.[144]

Một nỗ lực bảo vệ môi trường của NASA là tòa nhà Cơ sở Bền vững NASA ở trung tâm Ames. Thêm vào đó, tòa nhà Khám phá Khoa học đã được trao giải vàng LEED năm 2010.[145]