Tên lửa nước hoạt động theo nguyên tắc phản lực: không khí được bơm vào trong thân tên lửa làm gia tăng áp suất. Khi tên lửa được phóng, do áp suất trong thân tên lửa cao hơn bên ngoài nên không khí sẽ phun ra ngoài theo lỗ hổng ở đuôi tên lửa (miệng chai). Tên lửa sẽ được đẩy về phía trước theo định luật bảo toàn động lượng.
Nước được cho vào tên lửa nhằm tăng khối lượng và động lượng vật chất phun ra và sẽ làm tăng vận tốc của tên lửa. Tuy nhiên, nếu cho quá nhiều nước sẽ chiếm không gian trong tên lửa, làm giảm lượng khí có trong đó. Thực nghiệm cho thấy, lượng nước chiếm 1/3 thể tích chai làm tên lửa là tối ưu. Sau đó tạo áp suất trong chai bởi một chất khí, thường là không khí nén từ đồ bơm xe đạp, hoặc xi-lanh lên đến 125 psi, nhưng đôi lúc người chơi tên lửa nước nghiệp dư dùng khí CO2 và nitơ từ xilanh.
Nước và khí được nén bên trong quả tên lửa, điều này tạo nên một dạng thế năng vì là bị nén và khi lực nén đó được giải phóng ra bên ngoài đẩy nước ra khỏi từ đuôi tên lửa nước tạo thành lực đẩy và đẩy tên lửa lên cao. Đôi khi những người chơi nghiệp dư sử dụng các chất phụ thêm khác vào nước để nâng cao hiệu suất bay cao và đẹp của tên lửa nước. Ví dụ: muối có thể được thêm vào trong nước để làm tăng tỉ trọng của khối lượng phản ứng để tạo một sức đẩy mạnh hơn. Xà phòng đôi khi cũng được bỏ vào nước để khi bắn tạo một đường bọt đặc trưng kéo dài, và tăng thời gian cho lực đẩy tên lửa nước.
Ngoài ra, tên lửa nước bay cao hoăc bay thấp phụ thuộc vào các yêu tố cơ bản như lượng nước, áp suất, thời tiết… Các loại tên lửa nước khác nhau thì độ bay cao hoặc bay xa khác nhau. Thông thường loại tên lửa nước một tầng cơ bản khi bắn trong thời tiết lặng gió, có chứa 1/3 lượng nước, áp suất vào khoảng 70 psi thì có thể đạt độ cao trung bình là 40 mét, độ bay xa 50 mét với góc nghiêng 60 độ.
D-NEWS