Un satelit urmează o orbită polară atunci când călătorește în jurul unei structuri, cum ar fi o planetă sau o stea, pe o cale care traversează deasupra ambilor poli ai structurii. Un satelit este un corp în spațiu, creat de om sau natural, care orbitează în jurul altui corp. De exemplu, luna este un satelit natural care orbitează în jurul Pământului. Luna, însă, nu este un exemplu de orbită polară, deoarece nu trece atât peste polul nord, cât și pe cel sud al Pământului. Mai mulți sateliți artificiali, cum ar fi sateliții de cartografiere și sateliții de recunoaștere, urmează o astfel de cale.
Corpurile aflate pe o orbită polară în jurul Pământului rămân aproximativ la un unghi de aproximativ nouăzeci de grade față de ecuator. O latitudine este un punct de locație în raport cu distanța sa la nord sau la sud de ecuator, iar longitudinea este un punct de locație în raport cu distanța sa față de meridianul principal sau linia mediană care împarte Pământul în emisfera estică și vestică. Imaginați-vă că globul ar fi fost perfect centrat pe o grilă, astfel încât axa Y verticală merge de la Polul Nord la Polul Sud pe meridianul prim, iar axa X orizontală merge de-a lungul ecuatorului. O linie longitudinală, o linie paralelă cu axa Y sau cu meridianul prim, poate traversa fiecare coordonată Y, dar rămâne fixă pe o coordonată X.
Ne-am imagina că o orbită polară a satelitului ar urma o linie longitudinală exactă de la pol la pol, traversând fiecare punct longitudinal de pe axa Y și rămânând pe o coordonată X, sau la o distanță fixă de meridianul principal. Deoarece Pământul se rotește constant, totuși, linia trasată de un satelit pe orbită polară se poate deplasa direct de la pol la pol în spațiu, dar nu urmează o linie longitudinală dreaptă pe Pământ. Imaginați-vă că desenați o linie de la stâlp la stâlp pe un glob de jucărie nemișcat. Acum imaginați-vă că învârti globul și încerci să tragi o linie dreaptă de la un pol la altul. Linia ar ieși în diagonală, traversând multe longitudini.
Pe parcursul unei zile, o orbită polară în jurul Pământului va traversa fiecare longitudine în călătoriile sale de la pol la pol. Acest lucru face ca o orbită polară să fie o alegere atractivă pentru sateliții artificiali care trebuie să observe fiecare punct de pe Pământ. Sateliții de cartografiere utilizați pentru a crea imagini ale întregului glob sunt lansați în mod obișnuit pe o orbită polară, la fel ca sateliții spion, numiți și sateliți de recunoaștere. Unii sateliți meteo sunt, de asemenea, lansați pe această cale, dar orbitele polare nu sunt ideale pentru sateliții meteo care caută să observe o anumită regiune în mod continuu.
Uneori, orbita unui satelit este structurată în așa fel încât satelitul se deplasează pe Pământ în același ritm cu soarele. Aceasta se numește orbită sincronă cu soarele. Pe măsură ce un satelit pe orbită sincronă cu soarele trece peste orice punct dat de pe Pământ, va fi aceeași oră locală, ceea ce va face posibilă observarea întregului glob la o oră solară constantă a zilei. Acest lucru este adesea combinat cu o orbită polară, în special în sateliții menționați să măsoare temperatura din atmosferă.