上世纪50年代是一个疯狂追求速度的年代，各航空大国已经熟练掌握了飞行器超音速飞行的奥秘，但这并不是终点，设计师正在疯狂地追求高超音速飞行，美国的X-15火箭动力实验机就是这样一款追求速度和高度的产物。
X-15的名气相对来说不是那么大，但从技术上来说，设计师对X-15实验机的评价非常高，它对美国的航空、航天技术都有巨大的影响，放到今天也不是一般国家能玩得转的技术。X-15由北美航空公司研发制造，总共建造了3架原型机，飞行199次。
X-15是一款造型独特、浑身黑漆且非常笨重的飞机，飞机长15.45米，梯形的机翼翼展很小，尾部安装大尺寸垂尾。因为要高速飞行，空气与机体高速摩擦会产生高温，常规的铝合金蒙皮根本无法适应，就算是不锈钢也会出现变形，因此飞机采用的是铬镍铁合金，它能承受1200~1300华氏度的高温，不过它的缺点也很明显，那就是它的重量太大，为此设计师在飞机内部采用重量更轻的钛合金。
飞行员的工作环境与普通飞机不同，人体会承受巨大的低压，当时已经意识到压力服的重要性，X-15飞行员获得了一套全新的压力服，它包括供氧设备、通信设备等，事实上它就是后来美国NASA的宇航服原型，为了进一步保护飞行员，驾驶舱内还充满了氮气，可以减轻火灾意外造成的伤害。
很多人都不知道的是，X-15飞行员的座椅技术居然源自拖拉机，当时设计生产农用设备的IHC公司进行过关于座椅的研究，原本长时间驾驶拖拉机是一件很辛苦的事，公司仔细地研究了座椅造型对人体的影响并研制了相应造型的座椅，X-15的设计师直接将产品复制了过来。
X-15采用一台XLR99-RM-2火箭发动机提供动力（第一架原型机是2台推力更小的火箭发动机），发动机用液态氧和液态氨驱动，运行的时候还会喷注乙炔用于稳定燃烧，在高空可以达到313kN的最大推力。
不过和其他火箭发动机一样，X-15的发动机只能短暂地燃烧，标准发动机燃烧时间不足2分钟，后来增加外部可抛弃油箱将燃烧时间增加到4分20秒，因此该机不采用自主起飞，而是挂载在B-52重型轰炸机下爬升到一定高空后投放，依靠强大的推力驱动飞机爬升冲刺，燃料耗尽后飞机在惯性的作用下继续爬升一段距离，随后下降返回地面。飞机后方采用两具滑橇式起落架，机头下方安装另一具轮式起落架。
X-15在飞行中还存在另一个问题，在正常的飞机飞行高度因为大气层的原因，驾驶员可以通过调整空气舵面改变飞行姿态，可是到了20万英尺（约61000米）高度后空气舵面就不再有用，设计师在机头和翼尖上安装了过氧化氢蒸汽推进器，通过喷射的蒸汽调整姿态。
X-15是美国第一种载人近地轨道飞行器，它在飞行中不断提升高度和速度，达到了6.85马赫的最大飞行速度，这比设计预期要高一点点，最大飞行高度更是达到了108千米。
驾驶X-15并不是容易的事，飞行员身穿厚重的压力服本就操作不便，在无动力的情况下滑翔落地需要严格按照流程操作飞机，时刻关注仪表盘上的各种数据并做出相应的细微调整。总共有12名飞行员驾驶过X-15，其中8人因飞行高度达到80千米的而获得NASA的承认并赋予宇航员的身份，这8人中就有后来登月的阿姆斯特朗。
X-15对美国的航空、航天技术都起到了非常大的影响，例如后来的登月计划就运用了一些X-15获得的技术，其他如航天飞机、压力服、大气层内高超音速飞行器等都与之有关。