Ciolkovskis uzrakstījis vairāk kā 400 darbu, no kuriem vairums nav plaši pazīstami. Galvenie Konstantīna Ciolkovska pētniecības virzieni bija saistīti metāliska aerostata zinātnisko pamatojumu, plūdlīnijas aeroplānu, vilcienu uz gaisa spilvena un raķetēm starpplanētu lidojumiem. Viņa pētījumi bija maz zināmi ārpus Krievijas, bet līdz ar 20. gadsimta 20. gadu raķešbūves aktivitātēm viņa darbi tika "celti gaismā".
Kosmonautikas jomā galvenais Ciolkovska nopelns ir tajā, ka viņš pirmais no visdažādākajiem skatu punktiem aplūkoja cilvēka došanos kosmosā — no filozofiskās un pasaules uzskata jomas līdz tādām praktiskām lietām kā kosmosa kuģu dzīvības nodrošināšanas sistēmas, skafandri un cilvēka izdalīto atkritumu utilizācija.
