Teorizzò molti aspetti del volo spaziale e della propulsione missilistica. Viene considerato il padre del volo spaziale umano e il primo uomo a concepire l'ascensore spaziale. La sua opera più famosa fu Исследование мировых пространств реактивными приборами (Issledovanie mirovych prostranstv reaktivnymi priborami, "L'esplorazione dello spazio cosmico per mezzo di motori a reazione"), che pubblicò nel 1903 e che è considerato il primo trattato accademico sulla missilistica. La sua opera pose le basi del futuro programma spaziale sovietico e influenzò più tardi gli scienziati missilistici di tutta Europa, e fu anche studiato dagli statunitensi nei decenni del 1950 e del 1960 mentre tentavano di comprendere i primi successi dell'Unione Sovietica nel volo spaziale.
L'eredità di Ciolkovskij consiste in più di 500 opere che riguardano principalmente lo studio dell'aviazione, dell'aeronautica e dei viaggi interplanetari, ma che si estendono anche ai più diversi problemi della scienza naturale e della tecnologia, dell'astronomia e della meccanica celeste, della generazione di energia e dell'astrobiologia, della fisica e della geochimica, della filosofia e della linguistica. Tutte queste opere erano dirette alla risoluzione di alcuni problemi, interconnessi tra loro, ritenuti fondamentali da Ciolkovskij: il perfezionamento della razza umana, la completa vittoria dell'uomo sulle forze della natura, la conquista dello spazio da parte dell'uomo e la creazione di nuove condizioni per la vita umana corrispondenti al nuovo e più elevato stadio del suo sviluppo.. Alla base delle sue opere vi era una filosofia originale – non sempre gradita in alcuni suoi aspetti all'autorità sovietica - che è stata più tardi inquadrata nel più ampio movimento cosmista sorto in Russia in quegli anni e alla cui diffusione Ciolkovskij avrebbe dato un contributo fondamentale.
La sua vita di geniale scienziato autodidatta e di divulgatore scientifico risulta anche di particolare importanza per la storia della scienza e per la psicologia della creatività scientifica..
È stato onorato in Unione Sovietica, e lo è ancora oggi in Russia, come uno degli scienziati più importanti nella storia del paese.
Biografia Il periodo 1857-1876: la malattia, gli studi da autodidatta, l'incontro con Fëdorov Ciolkovskij nacque a Iževskoe (adesso nello Spasskij rajon dell'oblast' di Rjazan'), nell'allora Impero russo. Suo padre, Ėduard Ciolkovskij (1820-1880) fu, in successione un forestale, un insegnante e un ufficiale governativo.. La famiglia si spostò spesso da una località all'altra e si trovò spesso in situazioni economiche critiche. La cura del bambino fu affidata alla madre Marija Jumaševa (1830-1870). Da piccolo Ciolkovskij era un bambino come gli altri. Poi, nel 1867-1868, si ammalò gravemente e perse quasi completamente le facoltà uditive. La sordità non gli permise più di continuare gli studi a scuola.. I primi tre anni (1868-1871) seguenti alla sua malattia e alla sua sordità furono per Ciolkovskij anni molto difficili, resi ancor più tali dalla scomparsa della madre. Solo dopo quel difficile periodo cominciò la sua ripresa psicologica.
All'età di 14-16 anni, il suo chiaro interesse nelle invenzioni venne allo scoperto con la primordiale realizzazione di piccoli modelli e costruzioni e nell'interesse mostrato per la conoscenza delle scienze naturali attraverso la lettura dei libri presenti in casa. Ciolkovskij cominciò così ad imparare da autodidatta, leggendo i libri del padre, interessandosi soprattutto di matematica e fisica. Ciolkovskij ricorda in così quel periodo: “C'erano pochissimi libri, e non ho avuto nessun insegnante, quindi ho dovuto creare e ideare piuttosto che assorbire e assimilare da altri. Non ci sono stati suggerimenti, nessun aiuto da qualunque parte; c'erano tantissime cose che non riuscivo a capire in quei libri, e ho dovuto comprenderle tutte da solo. In poche parole, l'elemento creativo, l'elemento di auto-sviluppo e di originalità, erano predominanti”. Quando il padre notò la personalità creativa di Konstantin, lo inviò a studiare a Mosca (1873) per continuare la sua auto-educazione. Ciolkovskij viveva a Mosca in modo modesto e spesso al limite della povertà. In città cominciò a frequentare la principale biblioteca cittadina presso il museo Rumjancev. È qui che vi conobbe Nikolaj Fëdorovič Fëdorov, il “Socrate di Mosca”, considerato come il fondatore del cosmismo - che vi lavorava come bibliotecario.. La biblioteca divenne per tre anni l'università di Ciolkovskij. Fëdorov, comprendendo il talento del giovane, consolidò le sue letture e la sua formazione da autodidatta nei campi scientifici e tecnici. Secondo lo stesso Ciolkovskij, Fëdorov fu per lui un vero e proprio docente universitario.. Non si sa con certezza se i due abbiano parlato tra loro anche dei viaggi spaziali. Secondo il critico letterario e memorialista Viktor Sklovskij, fu Fëdorov a incoraggiare il giovane Ciolkovskij a sviluppare un serio interesse nei viaggi spaziali durante un curioso episodio in biblioteca nel quale il vecchio bibliotecario passò al giovane Ciolkovskij, all'epoca – come detto – già mezzo sordo, un bigliettino nel quale era scritto: “Io ti aiuterò a studiare matematica, e tu aiuterai l'umanità a costruire razzi, così che saremo finalmente in grado di conoscere qualcosa di più della Terra, e potremo anche osservarla”. Non si sa comunque molto di più in merito al rapporto intercorso tra i due.
Fu in quegli anni 1873-1876 della permanenza a Mosca, che cominciò a germogliare nella mente di Ciolkovskij, l'idea che non l'avrebbe mai più abbandonato per il resto della sua vita, l'idea della possibilità di esplorare le distese infinite del cosmo. A quel tempo il giovane Ciolkovskij aveva già pensato di raggiungere le velocità cosmiche utilizzando gli effetti della forza centrifuga. Da anziano ricorderà così i momenti in cui per la prima volta provò la vertiginosa ebbrezza di aver a portata di mano le sterminate steppe galattiche: “Ero emozionato e sbalordito a tal punto che non riuscii a dormire per tutta la notte; vagai per Mosca e continuai a pensare alle grandi conseguenze della mia scoperta. Ma già dalla mattina mi convinsi che la mia invenzione non era sostenibile. La delusione fu intensa tanto quanto era stato l'incanto precedente. Quella notte lasciò un'impronta che è durata per tutta la vita; trent'anni dopo mi capita ancora di sognare che mi sto sollevando verso le stelle nella mia macchina e provo la stessa gioia, come ho fatto quella notte indimenticabile”..
Il periodo 1876-1917: l'insegnamento, le pionieristiche ricerche, le difficoltà Nel 1876, Ciolkovskij fece ritorno alla sua città natale e cominciò a dare lezioni private; nel raro tempo libero concepiva tutti i più svariati generi di modelli e congegni in una stanza presa in affitto trasformata in un piccolo laboratorio..
Nel 1879 Ciolkovskij sostenne un esame da esterno per ottenere il titolo di insegnante scolastico e nel 1880 cominciò ad insegnare aritmetica e geometria alla scuola Uezd di Borovsk. Rimarrà a Borovsk per circa 12 anni, fino al 1892. In quegli anni Ciolkovskij sposò Barbara Sokolova dalla quale ebbe sette figli, quattro maschi e tre femmine.
Allo stesso tempo cominciò una serie di studi scientifici, dedicandogli tutto il suo tempo libero: tra le prime opere vi furono “La teoria dei gas” (1881) e “Sulla meccanica teorica degli organismi viventi” (1882-1883). Entrambe le opere non furono pubblicate sulle riviste scientifiche ma sulla loro base fu eletto membro dell'“Associazione fisico-chimica russa”.
Nel 1883 risale il suo manoscritto, che fu pubblicato solo postumo nel 1956 - Spazio libero, nel quale si incontrano in embrione molte delle idee che verranno poi da lui sviluppate successivamente in particolare quella del moto in assenza di gravità.
Dal 1885 Ciolkovskij cominciò a dedicarsi allo studio sistematico degli aerostati. Nel 1890 inviò un suo studio sul dirigibile metallico a Dmitrij Mendeleev, il quale propose una commissione per la sua discussione. L'opera di Ciolkovskij ebbe un parere favorevole dalla maggior parte degli scienziati ma oltre a questo riconoscimento non riuscì ad ottenere gli sperati sostegni economici per la realizzazione del progetto di costruzione del dirigibile..
Negli anni seguenti Ciolkovskij arrivò ad elaborare, indipendentemente, molti degli stessi calcoli che i fratelli Wright stavano compiendo nello stesso periodo. Egli comunque non costruì mai un qualsiasi modello pratico e il suo interesse si spostò verso concetti più ambiziosi. Cominciò infatti ad approfondire i suoi studi nel campo dell'astronautica e della dinamica dei razzi e sugli effetti dell'accelerazione di gravità sugli organismi viventi. Qualche anno più tardi venne per primo all'idea di utilizzare il principio della propulsione a reazione nello spazio.
Nel 1892, in seguito a una promozione, si spostò a Kaluga con tutta la famiglia. Qui Ciolkovskij vi rimarrà fino alla fine della sua vita.. Dal 1896 Ciolkovskij cominciò profondi studi teorici sulla possibilità di risolvere i problemi dei viaggi interplanetari tramite i razzi e fu il primo al mondo a pensare ad usarli per questo scopo; nelle sue opere successive darà una rigorosa consistenza scientifica a questa sua intuizione. Già nel 1897 Ciolkovskij riuscì a derivare una formula matematica che stabiliva una relazione analitica tra la velocità del razzo a qualunque istante, la velocità del gas in uscita dall'ugello del motore, la massa del razzo e la massa dell'esplosivo consumato.. Questa formula sarà poi chiamata equazione del razzo di Ciolkovskij, una formula che è la base di gran parte dell'ingegneria spaziale ancora oggi.
Sempre in quegli anni Ciolkovskij continuava con le sue ricerche scientifiche senza mai smettere di insegnare, concentrandosi sull'aerodinamica e l'aviazione. Lavorando sui modelli di dirigibile e aeroplano, Ciolkovskij ritenne necessario avere dati precisi sulla resistenza dell'aria. Dopo una serie di esperimenti in condizioni naturali, decise di testare i modelli in un ambiente artificiale. Nel 1897, a Kaluga, costruì da solo e con i mezzi a sua disposizione, la prima galleria del vento usata in Russia per l'investigazione dei problemi di aviazione. Nel settembre del 1899 inoltrò una richiesta all'Accademia delle scienze affinché venissero considerati i risultati del suo primo esperimento sulla resistenza dell'aria e che venissero quindi stanziati dei fondi per la loro continuazione; la commissione valutò positivamente le ricerche e stanziò dei fondi. Ciò permise a Ciolkovskij, nel maggio del 1890, di costruire una nuova galleria del vento, più grande della prima, e di fare nuovi e più importanti esperimenti. I risultati dei suoi nuovi esperimenti però, inoltrati un anno dopo all'Accademia delle scienze, nonostante contenessero delle importanti conclusioni, non furono pubblicati e lo saranno solo dopo la Rivoluzione d'ottobre.