Konkurenčními projekty X-33 byly návrhy firmy McDonell Douglas, vycházející z DC-X (nepříznivým faktorem bylo vertikální přistání), a firmy Rockwell, která navrhovala bezpilotní raketoplán (neuspěla pro příliš velké křídlo).

Projekt VentureStar vycházel z konceptu vztlakového tělesa poháněného novým raketovým motorem s centrálním tělesem (tzv. "aerospike"). X-33 měl mít dva menší motory J-2S, VentureStar počítal s osmi velkými motory RS-2200.

Aerospike (aerodynamic spike) motor je raketový motor s toroidální spalovací komorou vně trysky, tvořené aerodynamicky tvarovaným centrálním tělesem. Tryska je tedy obtékána po vnější straně a není uzavřená; okolní atmosféra se chová, vzhledem k nadzvukovému proudění výtokových plynů, jako "pružná stěna". Jak raketa stoupá a atmosférický tlak působící na proud výtokových plynů klesá, mění se automaticky expanzní "průřez" trysky. Účinnost motoru je tak optimální pro značný rozsah výšek.

Desetkrát zmenšený model motoru byl ověřován na hřbetě upravenáho letounu NASA SR-71 Blackbird. Letoun se při experimentech pohyboval rychlostí až M=3 ve výšce asi 25 km. Doba hoření motoru LASRE (Linear Aerospike SR-71 Experiment) byla 2 - 3 sekundy, tah asi 35 kN. První let se uskutečnil 31.10.1997. Ověřování bylo úspěšné a ještě před koncem roku 1997 se potvrdila realizovatelnost motoru (v roce 2001 bylo testování ukončeno).

Pro tepelnou ochranu vztlakového tělesa měly být použity uhlíkové kompozity na přídi a na náběžných hranách, pro oblast s teplotami kolem 980°C kovové desky ze superslitiny Inco-617, pro teploty kolem 700°C měly stačit kovové desky z titanové slitiny Ti-1100 a pro části s teplotami pod 700°C jen izolační desky.

X-33 měl startovat vertikálně jako raketa a přistávat horizontálně jako letadlo. S výstavbou startovního komplexu pro X-33 bylo ve východní části Edwards AFB započato 14.11.1997.

Mělo proběhnout na 15 zkušebních letů (v automatickém režimu, na základně Edwards AFB). Maximální dosažená rychlost měla být cca M=15 (pro dosažení oběžné dráhy je třeba alespoň M=25).

X-33 tedy měla být plně automatická, plně funkční, poloviční verzeVentureStar - pohon je stejný, pohonné látky jsou stejné, aerodynamika je stejná a způsob letu je stejný. To mělo umožnit ověřit řadu technologií a zařízení potřebných pro VentureStar.

Koncem roku 1997 technický projekt X-33 prošel závěrečnou oponenturou a byla zahájena konstrukční fáze. Stavbu prováděla firma Lockheed Martin v Palmdale (Kalifornie). První dodanou důležitou součástí byla 10.02.1998 hliníková nádrž na kapalný kyslík (délka 7,9 m, hmotnost 2500 kg, obsah 82000 kg LOX).

V dalších letech se však objevily problémy, které způsobily velké zdržení a nakonec zrušení celého programu. Skluz měl vývoj aerospike motorů, ale hlavním problémem bylo prasknutí kompozitové nádrže na LH₂ při tlakové zkoušce koncem roku 1999. Nejprve bylo rozhodnuto ji na prototypu X-33 nahradit nádrží z duralových slitin i za cenu zhoršení letových parametrů, ale v roce 2001 byl projekt definitivně ukončen.

Následující tabulka ukazuje, co vše mohl X-33 ověřit pro VentureStar.
 

EXTERNÍ OVĚŘOVÁNÍ
X-33	Ověřované elementy	VentureStar RLV
Měřítko: 53% Startovní hmotnost: 130 t Délka: 21 m	Aerodynamický tvar Zabudování aerospike motoru Aerospike pohon Uhlíkové elevony  Uhlíkové náběžné hrany Uhlíková příď Vysokoteplotní kovová kormidla Kovová tepelná ochrana povrchu	Měřítko: 100% Startovní hmotnost: 1193 t Délka: 46 m
INTERNÍ OVĚŘOVÁNÍ
X-33	Ověřované elementy	VentureStar RLV
	Kompozitové nosné konstrukce Kompozitové nádrže vodíku Vysokoteplotní nosné konstrukce povrchu Vnitřní uspořádání Vnitřní namáhání Integrace kovové tepelné ochrany
OVĚŘOVÁNÍ POHONU
X-33	Ověřované elementy	VentureStar RLV
Počet motorů: 2 Tah motoru: 0,9 MN Tlak v komoře: 5,9 MPai Počet trysek motoru: 10	Aerospike trysky Namáhání mezi motorem a tělesem Plynové generátory Kryogenní pohonně hmoty Vícenásobné trysky Tvar a materiál trysky Vektorování tahu	Počet motorů: 8 Tah motoru: 1,9 MN Tlak v komoře: 15,5 MPa Počet trysek motoru: 14

Technologie, které nemohly být na X-33 přímo ověřeny, měly být ověřovány při pozemních testech a počítačových simulacích.

Následující tabulka ukazuje, jak měl X-33 ve spojení s pozemnímy testy posloužit při konečném návrhu VentureStar.
 

X-33: COUNTDOWN K VENTURESTAR
	X-33		Pozemní testy		VentureStar
	Série letových zkoušek aerodynamiky vztlakového tělesa, sestavování nosiče, kompozitových struktur a namáhání konstrukce		testování ve větrném tunelu a počítačové simulace		ověřený tvar vztlakového tělesa.
	Dva poloviční lineární aerospike motory demonstrující začlenění této technologie do vztlakového tělesa		pozemní testy letových aerospike motorů RS-2200 ověřující jejich parametry		sedm lineárních aerospike motorů RS-2200 certifikovaných pro 100 letů s 20 lety mezi středními opravami a 60 lety mezi generálními opravami.
	Dvě poloviční kompozitové nádrže na kapalný vodík demonstrující jejich vhodnost		série testů na kompozitové vodíkové nádrži ve čtvrtinové velikosti pro ověření trvanlivosti		dvě velké kompozitové nádrže na kaplný vodík certifikované pro 100 letů.
	Jedna poloviční kompozitová nádrž na kapalný kyslík demonstrující její vhodnost		série testů na kompozitové kyslíkové nádrži pro ověření trvanlivosti a únosnosti		velká kompozitová nádrž na kaplný kyslík certifikovaná pro 100 letů.
	Kovové dlaždice tepelné ochrany na kritických částech X-33 demonstrující letovou vhodnost, robustnost a snadnost oprav		série testů k potvrzení trvanlivosti kovových dlaždic tepelné ochrany		ověřený systém tepelné ochrany s kovovými dlaždicemi certifikovaný pro 100 letů.
	Prototyp subsystémů (podvozek, turbo alternátory, reaktivní řídicí systém, termoregulační systém, avionika) ověřovaných za letu		vývoj nového podvozku a specializované avioniky		ověřené subsystémy s vyhovující hmotností a certifikované pro 100 letů.
	Demonstrace bezpečnosti, spolehlivosti a automatizovaného pozemního vybavení		vývoj plně automatizovaného pozemního vybavení		plně automatizované pozemní operace.
	Demonstrace autonomního vzletu, návratu a přistání		přidání vlastností pro autonomní operace na oběžné dráze a s nákladem, počítačová simulace autonomního spojování s mezinárodní kosmickou stanicí ISS		plně autonomní letové operace.