В 1906 году Годдард обратился к проблематике использования для движения в космосе реакции заряженных частиц. В октябре 1907 года он написал работу «О возможности перемещения в межпланетном пространстве», в которой размышлял о средствах поддержания жизни в космосе, метеорной опасности и борьбе с ней, реактивном способе движения на энергии пороха и анализировал возможность применения энергии распада атома,
В 1909 году Годдард впервые записал свои соображения и расчеты по теме космической ракеты и оптимальных топлив для нее.
Интересы Годдарда на ранней стадии его деятельности были весьма разнообразными. Так, в его записях, которые он, начиная с 1906 года, вел регулярно, содержатся такие идеи, как использование для полета магнитного поля Земли; создание реактивной тяги для движения аппарата в космосе за счет электростатического эффекта (с нейтрализацией потока ионов за космическим аппаратом); проведение фотосъемки Луны и Марса с облетных траекторий; производство на Луне кислорода и водорода для использования в качестве ракетного топлива и так далее в том же духе. Все эти богатые идеи Годдард преподносит чрезвычайно скупо, давая им лишь самую общую оценку.
Само по себе любопытно обоснование необходимости разработок по космической тематике, которое приводит Годдард в одной из своих статей. Опираясь на пророчество англичанина Джорджа Дарвина о том, что когда-нибудь Луна упадет на Землю, тем самым перечеркнув историю человеческой цивилизации, Годдард призывает готовить целый флот космических кораблей, который позволит в критический момент эвакуировать население в более пригодное для жизни место.
В 1912–1913 годах, уже будучи дипломированным инженером и доктором философии, Годдард разрабатывает свою собственную теорию движения ракет, а в 1915 году приступает к стендовыми экспериментам с твердотопливными ракетами, определяя их эффективность при различных конфигурациях, размерах и видах топлива. Тогда же он провел сложный опыт по доказательству существования и отсутствия уменьшения тяги ракетного двигателя в вакууме.
В июле 1914 года Годдард получил патенты США на конструкцию составной ракеты с коническими соплами и ракеты с непрерывным горением в двух вариантах — с последовательной подачей в камеру сгорания пороховых зарядов и с насосной подачей в камеру двухкомпонентного жидкого топлива. Исторический приоритет Годдарду в этой области не принадлежит: как мы помним, жидкостную ракету для космических полетов и вывод уравнения движения ракеты еще в 1903 году предложил Циолковский.
Начиная с 1917 года, Годдард занимался конструкторскими разработками в области твердотопливных ракет различного типа, и в том числе многозарядной ракеты импульсного горения, подобной той, которую предлагал Кибальчич. Испытания этой ракеты, проведенные в ноябре 1918 года, были не слишком удачными, но Годдард в течение еще трех лет пытался создать работоспособную конструкцию.
В 1921 году американский конструктор решил перейти к экспериментам с жидкостно-ракетными двигателями, используя в качестве окислителя жидкий кислород, а в качестве горючего — различные углеводороды. Первый запуск ЖРД на стенде состоялся в марте 1922 года.
Неудачи с созданием небольшой ракеты с насосной подачей топлива заставили Годдарда перейти к конструированию простейшей ракеты с вытеснительной системой подачи (топливо — жидкий кислород и бензин). Впервые успешный полет такой ракеты — первой в мире на жидком топливе — состоялся 16 марта 1926 года в местечке Обурне (штат Массачусетс). Ракета, получившая название «Nell», со стартовым весом 4,2 килограмма достигла высоты 12,5 метра и пролетела 56 метров. Весь полет продолжался 2,5 секунды.
17 июля 1929 года Годдард впервые осуществил запуск ракеты с приборами и фотокамерой на борту. Ракета со стартовым весом 25,7 килограмма достигла высоты 28 метров, и приборы (барометр и термометр) после приземления оказались неповрежденными. Полет привлек внимание местных жителей, решивших, что где-то поблизости разбился аэроплан, и Годдарду не удалось сохранить факт проведения испытания в тайне. Впоследствии он напишет об этом так: