这个设想最初由奥地利物理学家尤金·桑格尔提出。桑格尔认为由光子火箭推动的宇宙飞船应由三部分组成。最后面的是动力部分，主要部件是巨大的凹面反射镜，面积可达几十平方千米。在凹面反射镜的焦点处有光子发射器，它产生的光子由凹面反射镜反射，进而形成向后喷射的光子流，推动飞船高速航行，这就是光子火箭发动机。中间部分是火箭推进剂储存箱。最后面的是航天员工作和生活的密封座舱。
那么，光子从何而来呢？我们知道，物质是由原子构成的，原子是由质子、中子组成的原子核和外围电子构成的。质子、中子和电子都有它对应的反质子、反中子、反电子等反粒子存在。正粒子组成正物质，就是我们日常接触的各种物质。各种反粒子组成反物质。正电子与反电子一旦相遇，就会发生湮灭，放出光子，同时释放出大量的能量。光子火箭就是利用正电子和反电子的湮灭来产生光子。
根据相对论能量定律，即质量和能量不仅相联系而且不可分割，质量可以全部转化为能量。当正反电子相互湮灭时会产生光子，从而产生推力，并以接近光速的速度前进。
光子火箭是很有希望实现恒星际航行的动力装置，然而其工程问题又难以解决。比如，光子火箭喷射出的光子束能量极大，只要有百万分之一的热量泄漏给飞船，就足以将飞船烧毁。又如，光子火箭喷射出的巨额能量会给地球环境造成惊人的破坏，因此光子火箭推进的宇宙飞船必须远离地球启动才能确保安全。
目前，有好几个研究小组正在研究光子火箭，如美国的马歇尔大空飞行中心和休斯实验室。预计2040-2050年光子火箭有可能投入实际应用。