Khả năng của một vệ tinh ở lại quỹ đạo phụ thuộc vào vận tốc của nó và lực hấp dẫn từ hành tinh mà vệ tinh đó quay quanh. Vệ tinh càng gần hành tinh, nó càng có tốc độ di chuyển để duy trì quỹ đạo của nó.
Các nguyên tắc quỹ đạo của Johann Kepler là cơ sở cho sự hiểu biết về quỹ đạo vệ tinh. Kepler là người đầu tiên mô tả hình dạng quỹ đạo của các hành tinh theo nghĩa toán học. Ông xác định rằng Trái đất có quỹ đạo bay quanh Mặt trời chứ không phải là lý thuyết trước đó nói rằng tất cả các hành tinh quay quanh một vòng tròn hoàn hảo. Kepler đưa ra giả thuyết rằng để một vật thể quay quanh Trái đất, nó phải mang đủ tốc độ để duy trì đường đi quanh hành tinh. Công trình của Kepler đã giúp các nhà khoa học xác định rằng một vật thể quay quanh Trái đất càng gần thì lực hấp dẫn đối với vật thể đó càng mạnh. Vận tốc phải được tăng lên nếu không vật thể sẽ rơi xuống Trái đất dưới sức nặng của lực hút.
Các vệ tinh nhân tạo được phóng lên các tầng quỹ đạo khác nhau. Quỹ đạo vệ tinh phổ biến nhất được gọi là quỹ đạo không đồng bộ địa lý. Quỹ đạo không đồng bộ có nghĩa là vệ tinh phải mất 24 giờ để quay quanh Trái đất. Loại quỹ đạo này được sử dụng cho các vệ tinh liên lạc và truyền hình vì vệ tinh vẫn ở cùng một vị trí trên Trái đất.
Vệ tinh quay quanh có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo. Mặt trăng là một vệ tinh tự nhiên của trái đất. Ngược lại, trái đất quay quanh mặt trời và do đó cũng được coi là một vệ tinh của mặt trời.
Tất cả các quỹ đạo đều là hình elip, di chuyển gần với quỹ đạo hơn tại các điểm khác nhau trên đường đi của chúng. Một số có hình tròn, trong khi một số khác có hình bầu dục. Khi một vệ tinh ở gần mặt trời nhất, nó được gọi là điểm cận nhật. Điểm viễn nhật là điểm xa nhất trên quỹ đạo quanh mặt trời.
Các vệ tinh do con người tạo ra quay quanh trái đất ở các độ cao khác nhau tùy thuộc vào mục đích của chúng. Trạm vũ trụ quốc tế quay quanh quỹ đạo trong khoảng không gian 100 đến 200 dặm đầu tiên. Các vệ tinh khác quay quanh đường xích đạo khoảng 23.000 dặm trên một đường được gọi là quỹ đạo không đồng bộ địa lý. Một số quỹ đạo đi qua hoặc gần các cực và được gọi là quỹ đạo cực.
