Hospital der har taget imod sårede efter luftangreb er blevet angrebet af raket.
Luftangreb i den nordvestlige syriske Idlib-provins tirsdag har kostet mindst 58 mennesker livet. Deriblandt 11 børn.
Dusinvis meldes såret, oplyser overvågningsgruppen Det Syriske Observatorium for Menneskerettigheder.
Overvågningsgruppen citerer hospitalskilder for, at der blev anvendt gas ved angrebet. Den syriske regering har gentagne gange afvist, at den anvender sådanne våben.
Det sygehus, hvor ofrene for det påståede gasangreb behandles, er efterfølgende tirsdag blevet ramt af en raket.
- Dele af hospitalsbygningen i den lille by Khan Sheikun blev ødelagt, skriver en korrespondent for det franske nyhedsbureau AFP.
Det Syriske Observatorium for Menneskerettigheder mener, at der er klare indicier på, at der er blevet anvendt gas i luftangrebet.
- Ved angrebet på byen Khan Sheikhun i den centrale del af Idlib begyndte mange af ofrene at udvise tegn på kvælning eller faldt besvimede om. Det tyder på et gasangreb, siger overvågningsgruppen, som indsamler informationer om krigen fra netværk i hele landet.
Overvågningsgruppen, som har hovedkvarter i Storbritannien, er dog ikke i stand til at fastslå, hvilken form for substans der skal være blevet anvendt.
Provinsen Idlib er overvejende kontrolleret af en alliance af oprørere - deriblandt islamister i Fateh al-Sham Fronten, som tidligere var tilknyttet al-Qaeda.
Regimet bomber jævnligt mål i provinsen, og også russiske fly deltager i bombardementer, som sædvanligvis er rettet mod jihadister.
Syriens regering underskrev officielt Konventionen om Kemiske Våben og gav afkald på dets kemiske arsenal i 2013 for at undgå en amerikansk militæraktion.
Men der har siden været gentagne beskyldninger om, at det syriske regime anvender kemiske våben.
Styret afviser beskyldningerne, og det har på sin side beskyldt oprørsgrupper for at bruge forbudte våben.