Ένας δορυφόρος ακολουθεί μια πολική τροχιά όταν ταξιδεύει γύρω από μια δομή, όπως έναν πλανήτη ή ένα αστέρι, σε μια διαδρομή που διασχίζει πάνω από τους δύο πόλους της δομής. Ένας δορυφόρος είναι ένα σώμα στο διάστημα, είτε ανθρωπογενές είτε φυσικό, που περιφέρεται γύρω από ένα άλλο σώμα. Για παράδειγμα, το φεγγάρι είναι ένας φυσικός δορυφόρος που περιφέρεται γύρω από τη Γη. Το φεγγάρι, ωστόσο, δεν αποτελεί παράδειγμα πολικής τροχιάς γιατί δεν περνάει από τον βόρειο και τον νότιο πόλο της Γης. Αρκετοί τεχνητοί δορυφόροι, όπως δορυφόροι χαρτογράφησης και δορυφόροι αναγνώρισης, ακολουθούν μια τέτοια διαδρομή.
Τα σώματα σε μια πολική τροχιά γύρω από τη Γη παραμένουν περίπου σε γωνία ενενήντα μοιρών από τον ισημερινό. Ένα γεωγραφικό πλάτος είναι ένα σημείο θέσης σε σχέση με την απόστασή του βόρεια ή νότια του ισημερινού και ένα γεωγραφικό μήκος είναι ένα σημείο θέσης σε σχέση με την απόστασή του από τον πρώτο μεσημβρινό ή τη μέση γραμμή που χωρίζει τη Γη σε ανατολικό και δυτικό ημισφαίριο. Φανταστείτε ότι η υδρόγειος ήταν τέλεια κεντραρισμένη σε ένα πλέγμα έτσι ώστε ο κατακόρυφος άξονας Υ να εκτείνεται από τον Βόρειο Πόλο στον Νότιο Πόλο στον πρώτο μεσημβρινό και ο οριζόντιος άξονας Χ να εκτείνεται κατά μήκος του ισημερινού. Μια διαμήκης γραμμή, μια γραμμή παράλληλη προς τον άξονα Υ ή τον πρώτο μεσημβρινό, μπορεί να διασχίσει κάθε συντεταγμένη Υ, αλλά παραμένει σταθερή σε μία συντεταγμένη Χ.
Θα φανταζόταν κανείς ότι μια πολική τροχιά του δορυφόρου θα ακολουθούσε μια ακριβή διαμήκη γραμμή από πόλο σε πόλο, διασχίζοντας κάθε διαμήκη σημείο στον άξονα Υ και μένοντας σε μία συντεταγμένη Χ ή σε σταθερή απόσταση από τον πρώτο μεσημβρινό. Επειδή η Γη περιστρέφεται συνεχώς, ωστόσο, η γραμμή που εντοπίζεται από έναν δορυφόρο σε πολική τροχιά μπορεί να κινείται ευθεία από πόλο σε πόλο στο διάστημα, αλλά δεν ακολουθεί μια ευθεία διαμήκη γραμμή στη Γη. Φανταστείτε να σχεδιάζετε μια γραμμή από πόλο σε κοντάρι σε μια ακίνητη σφαίρα παιχνιδιών. Τώρα φανταστείτε να γυρίζετε την υδρόγειο και να προσπαθείτε να χαράξετε μια ευθεία γραμμή από πόλο σε πόλο. Η γραμμή θα έβγαινε διαγώνια, διασχίζοντας πολλά γεωγραφικά μήκη.
Κατά τη διάρκεια μιας ημέρας, μια πολική τροχιά γύρω από τη Γη θα διασχίσει κάθε γεωγραφικό μήκος στα ταξίδια της από πόλο σε πόλο. Αυτό καθιστά μια πολική τροχιά ελκυστική επιλογή για τεχνητούς δορυφόρους που πρέπει να παρατηρούν κάθε σημείο στη Γη. Οι δορυφόροι χαρτογράφησης που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνων ολόκληρης της υδρογείου εκτοξεύονται συνήθως σε μια πολική τροχιά, όπως και οι κατασκοπευτικοί δορυφόροι, που ονομάζονται επίσης δορυφόροι αναγνώρισης. Ορισμένοι καιρικοί δορυφόροι εκτοξεύονται επίσης σε αυτό το μονοπάτι, αλλά οι πολικές τροχιές δεν είναι ιδανικές για μετεωρολογικούς δορυφόρους που επιδιώκουν να παρατηρούν μια συγκεκριμένη περιοχή συνεχώς.
Μερικές φορές η τροχιά ενός δορυφόρου είναι δομημένη με τέτοιο τρόπο ώστε ο δορυφόρος να κινείται σε όλη τη Γη με τον ίδιο ρυθμό με τον ήλιο. Αυτό ονομάζεται ηλιακή-σύγχρονη τροχιά. Καθώς ένας δορυφόρος σε συγχρονισμένη με τον ήλιο τροχιά περνά πάνω από οποιοδήποτε δεδομένο σημείο της Γης, θα είναι η ίδια τοπική ώρα, καθιστώντας δυνατή την παρατήρηση ολόκληρης της υδρογείου σε μια σταθερή ηλιακή ώρα της ημέρας. Αυτό συχνά συνδυάζεται με μια πολική τροχιά, ειδικά σε δορυφόρους που έχουν σχεδιαστεί για τη μέτρηση της θερμοκρασίας στην ατμόσφαιρα.