Οσο εξωτικοί και άγνωστοι κι αν φαντάζουν οι πυραυλοκινητήρες πλάσματος - ακόμα και σε όσους παρακολουθούν τα της εξερεύνησης του Διαστήματος - γεγονός είναι ότι χρησιμοποιούνται εδώ και αρκετά χρόνια για να διατηρούνται στην τροχιά τους οι γεωστατικοί δορυφόροι. Μάλιστα η Σοβιετική Ενωση τους χρησιμοποιούσε γι' αυτό το σκοπό, ήδη από τη δεκαετία του 1970. Πέρα από τους δορυφόρους χρησιμοποιήθηκαν και για αποστολές διαστημοσυσκευών προς το κοντινότερο στη Γη ουράνιο σώμα, τη Σελήνη. Ομως, μόλις τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται και σε μακρινές αποστολές. Ετσι, το Σεπτέμβρη του 2007 εκτοξεύτηκε η διαστημοσυσκευή «Αυγή» («Dawn») που θα επισκεφθεί τους αστεροειδείς Εστία και Δήμητρα. Η πτήση του «Deep Space 1» της NASA προς ένα κομήτη και της διαστημοσυσκευής Χαγιαμπούσα προς έναν άλλο κομήτη, έγιναν δυνατές χάρη στη χρήση κινητήρων πλάσματος. Τόσο η αμερικανική διαστημική υπηρεσία, όσο και η ευρωπαϊκή και η ιαπωνική προγραμματίζουν αποστολές με πυραυλοκινητήρες πλάσματος, για την εξερεύνηση των εξωτερικών πλανητών, την αναζήτηση εξωπλανητών και τη χρήση του διαστημικού κενού ως εργαστήριο.

Από την εποχή του Σπούτνικ, η έννοια των πυραύλων έχει συνδεθεί με τους ισχυρούς χημικούς κινητήρες, που καίνε στερεά καύσιμα, υγρό υδρογόνο ή κηροζίνη και κάνουν τον πύραυλο να ανεβαίνει γρήγορα με βρυχηθμό πάνω σε μια στήλη ατμών και καπνών. Αυτού του είδους οι πύραυλοι και οι κινητήρες παραμένουν η μόνη λύση για το ανέβασμα φορτίων σε χαμηλή τροχιά. Σταδιακά, όμως, αρχίζουν να εκτοπίζονται στις διαστημοσυσκευές που κατευθύνονται σε μακρινούς στόχους, αντικαθιστώμενοι από πυραυλοκινητήρες πλάσματος (υπέρθερμη ιονισμένη κατάσταση της ύλης). Οι κινητήρες πλάσματος έχουν πολύ μικρότερη ωστική δύναμη από τους χημικούς και δεν μπορούν να θέσουν ένα διαστημικό όχημα σε τροχιά. Είναι όμως ιδανικοί τόσο από πλευράς οικονομίας καυσίμου, όσο και από πλευράς τελικής ταχύτητας. Αν οι χημικοί κινητήρες είναι ο λαγός και οι κινητήρες ιόντων η χελώνα, τότε όπως και στο γνωστό παραμύθι, η χελώνα κερδίζει το λαγό στον αγώνα δρόμου μεγάλης απόστασης.

Μια λαθεμένη αντίληψη για τα διαπλανητικά ταξίδια, για την οποία ευθύνονται σε μεγάλο βαθμό τα έργα επιστημονικής φαντασίας (που δεν είναι απόλυτα... επιστημονική) είναι η αντίληψη ότι οι διαστημοσυσκευές του σήμερα κατευθύνονται προς το Δία ή τον Κρόνο έχοντας τις μηχανές τους συνεχώς αναμμένες. Στην πραγματικότητα, μετά την εκτόξευση, οι δεξαμενές καυσίμου και οξειδωτικού είναι σχεδόν άδειες και το διαστημικό όχημα συνεχίζει να κινείται λόγω αδράνειας. Γι' αυτό, για να φτάσει στους εξωτερικούς πλανήτες χρειάζεται συνήθως η αξιοποίηση της βαρυτικής έλξης της Γης ή του Αρη, με κοντινά περάσματα που λειτουργούν ως σφεντόνα, που επιταχύνει το διαστημικό όχημα και αλλάζει την πορεία του. Ετσι, όμως, αποστολές που θα διαρκούσαν δυο ή τρία χρόνια, διαρκούν τελικά 5 ή περισσότερα και επιπλέον πρέπει να γίνουν μόνο στο συγκεκριμένο «χρονικό παράθυρο», στο οποίο οι πλανήτες έχουν κατάλληλες θέσεις. Τα εναπομένοντα καύσιμα των διαστημοσυσκευών χρησιμοποιούνται συνήθως μόνο για μικροδιορθώσεις της πορείας. Δεν επαρκούν ούτε για φρενάρισμα, πολύ περισσότερο για ταξίδι επιστροφής της διαστημοσυσκευής, ώστε να μεταφέρει πίσω στη Γη π.χ. κάποια πετρώματα.

Το πρόβλημα με τους χημικούς πυραυλοκινητήρες είναι ότι στοιχίζουν 20.000 δολάρια για κάθε κιλό φορτίου που βάζουν σε τροχιά. Δεν είναι αδύνατο να σκεφτεί κανείς ένα διαστημόπλοιο με χημικούς κινητήρες για ένα ταξίδι στον Αρη με επιστροφή. Το κόστος, όμως, θα ήταν τεράστιο. Το πρόβλημα πηγάζει από την εξίσωση των πυραύλων, που ανακάλυψε το 1903, ο Ρώσος επιστήμονας και πατέρας της αστροναυτικής, Κονσταντίν Τσιολκόφσκι. Η εξίσωση αυτή λέει με τη μαθηματική γλώσσα, προσαρμοσμένη στην περίπτωση των πυραύλων, το μάλλον γνωστό γεγονός από την καθημερινότητα, ότι όσο πιο γρήγορα πετάς την προωθητική ουσία από ένα διαστημόπλοιο (ή πέτρες από μια βάρκα), τόσο λιγότερο προωθητικό (ή πέτρες αντίστοιχα) θα χρειαστείς για να επιταχύνεις το όχημα. Πιο συγκεκριμένα, η εξίσωση συσχετίζει τη μάζα προωθητικού που χρειάζεται ώστε ένας πύραυλος να εκτελέσει μια αποστολή στο Διάστημα, με δύο ταχύτητες: την ταχύτητα που τα αέρια της καύσης εξέρχονται από το ακροφύσιο και την ταχύτητα που θα αποκτήσει ο πύραυλος ως αποτέλεσμα αυτής της εκτόνωσης των αερίων.

Οι χημικοί πυραυλοκινητήρες πετυχαίνουν σχετικά χαμηλές ταχύτητες των αερίων καύσης (γύρω στα 3 με 4 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο), οπότε χρειάζονται μεγαλύτερη ποσότητα απ' αυτά. Επιπλέον, λόγω της εκθετικής φύσης της εξίσωσης (αυξάνει δυσανάλογα πολύ, όσο αυξάνει η επιθυμητή επιτάχυνση), ένας πύραυλος που κατευθύνεται προς το Βαθύ Διάστημα, πρέπει να είναι σχεδόν ολόκληρος καύσιμα, αφήνοντας ελάχιστο περιθώριο για ωφέλιμο φορτίο. Η ταχύτητα εξαγωγής αερίων από χημικούς πυραυλοκινητήρες είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας των αερίων, που περιορίζεται από το ποσό της ενέργειας που εκλύεται ακόμα και στις πιο εξώθερμες αντιδράσεις, αλλά και από το σημείο τήξης των τοιχωμάτων του ακροφύσιου.

Οι κινητήρες πλάσματος δίνουν λύση στο πρόβλημα. Σ' αυτούς δε γίνεται κάποια καύση. Εκείνο που κάνουν είναι ότι δημιουργούν πλάσμα (ιονίζουν την προωθητική ουσία) και το επιταχύνουν σε ταχύτητες δεκάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Το πλάσμα δημιουργείται προσφέροντας ενέργεια σε ένα αέριο, είτε ακτινοβολώντας το με ισχυρά λέιζερ, μικροκύματα ή ραδιοσυχνότητες, είτε υποβάλλοντάς το σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Η ενέργεια αυτή απελευθερώνει ηλεκτρόνια από τα άτομα ή τα μόρια του αερίου, αφήνοντάς τα με θετικό φορτίο, ενώ τα ηλεκτρόνια περιφέρονται ελεύθερα μέσα στο αέριο, κάνοντάς το καλύτερο αγωγό του ηλεκτρικού ρεύματος ακόμα και από το χαλκό. Τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος επιταχύνονται όταν εφαρμοστεί πάνω τους ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο και μπορούν να εκτοξευτούν από τη μία άκρη του θαλάμου παραγωγής τους, που έτσι λειτουργεί ως πυραυλοκινητήρας. Τα απαραίτητα πεδία δημιουργούνται από ηλεκτρόδια και μαγνήτες κατάλληλα τοποθετημένους, ή από το πέρασμα ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από το πλάσμα.

Η ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία των κινητήρων πλάσματος συνήθως προέρχεται από ηλιακές κυψέλες, αλλά για αποστολές πιο μακριά από τον Αρη, όπου η διαθέσιμη ανά μονάδα επιφάνειας φωτεινή ενέργεια του Ηλιου λιγοστεύει γρήγορα, απαιτούνται μικροί πυρηνικοί αντιδραστήρες. Οι αντιδραστήρες αυτοί ενεργοποιούνται μόνο μετά την τοποθέτηση της διαστημοσυσκευής σε ασφαλή τροχιά γύρω από τη Γη, ενώ κατά την εκτόξευση και άνοδο μέσα από την ατμόσφαιρα, τα πυρηνικά καύσιμα είναι σε αδρανή κατάσταση.

Μέχρι στιγμής τρία είδη κινητήρων πλάσματος έχουν ωριμάσει αρκετά, ώστε να χρησιμοποιούνται ή να επίκειται να χρησιμοποιηθούν σε διαστημικές αποστολές. Το πρώτο είναι οι κινητήρες ιόντων, που παρέχουν τη μικρότερη ωστική δύναμη. Παραπλήσιας ισχύος είναι οι νεότεροι πυραυλοκινητήρες Χολ, ενώ το μέλλον φαίνεται να βρίσκεται στους μαγνητοπλασμαδυναμικούς κινητήρες που είναι 50 φορές ισχυρότεροι και επιπλέον είναι δυνατή η μεταβολή της ωστικής τους δύναμης ανάλογα με τις ανάγκες.

Αν και η ώθηση που προσφέρουν οι κινητήρες πλάσματος είναι αστεία μπροστά στη μεγάλη ώθηση των χημικών πυραύλων, το γεγονός ότι μπορούν να λειτουργήσουν επί χρόνια, έχει αποτέλεσμα η τελική ταχύτητα του οχήματος που τους χρησιμοποιεί να είναι πολλαπλάσια εκείνης που μπορούν να πετύχουν οι συμβατικοί πυραυλοκινητήρες.