Eine geosynchrone Umlaufbahn ist eine Gravitationsbahn, die um einen Planeten oder Mond mit einer Zeitperiode, die mit der Rotation dieses Planeten oder Mondes identisch ist, gekrümmt ist. Konkret wird davon ausgegangen, dass die Umlaufzeit mit dem siderischen Tag übereinstimmt, der Zeit, die ein Planet oder Mond braucht, um eine volle Umdrehung zu machen. Im Fall der Erde sind dies etwa 23 Stunden und 56 Minuten. Gewöhnlich bezieht sich geosynchrone Umlaufbahn auf die synchronisierte Rotation eines Objekts um die Erde, gewöhnlich eines Satelliten oder Raumfahrzeugs.
Jedes Objekt mit einer geosynchronen Umlaufbahn hält eine Bodenspur eines einzelnen Punktes auf der Erdoberfläche. Eine Bodenspur ist die Position auf der Erdoberfläche unter dem Satelliten. Dieser Punkt verfolgt die Welt in Form einer Acht und kehrt jeden Tag an genau denselben Ort zurück.
Telekommunikationssatelliten sowie andere Arten von Satelliten halten eine geosynchrone Umlaufbahn aufrecht, die als Clarke-Umlaufbahn bekannt ist. Dies ist im Wesentlichen eine stationäre Umlaufbahn in einer Höhe von 22,236 km über dem Meeresspiegel. Ein Objekt in der Umlaufbahn von Clarke scheint zu jeder Zeit dieselbe Position über dem Planeten zu behalten. Dieses Konzept wurde vom Autor Arthur C. Clarke speziell für Kommunikationssatelliten vorgeschlagen, um eine relative Stabilität der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zu gewährleisten. Alle Satelliten, die sich in dieser Höhe im Orbit befinden, sind Teil des Clarke-Gürtels.
Eine Herausforderung beim Halten von Objekten in geosynchronen Umlaufbahnen ist die Tatsache, dass Satelliten von dieser Umlaufbahn abdriften. Faktoren wie Sonnenwinde, Strahlungsdruck und Effekte aus den Gravitationsfeldern von Mond, Sonne und Erde selbst können Drift verursachen. Um diesen Effekt auszugleichen, sind Satelliten mit Triebwerken ausgestattet, die das Objekt in der Umlaufbahn halten. Dieser Vorgang wird als Stationshaltung bezeichnet.
Bestimmte zusätzliche geosynchrone Umlaufbahnen außerhalb des Clarke-Gürtels existieren, um Positionsänderungen und die Entsorgung von Satelliten zu bewältigen. Die supersynchrone Umlaufbahn, die sich über der normalen geosynchronen Umlaufbahn befindet, wird verwendet, um Satelliten oder Raumfahrzeuge zu lagern oder zu entsorgen, die ihr Betriebsende erreichen. Diese wird auch als Friedhofsbahn bezeichnet und soll die Möglichkeit von Kollisionen mit nutzbaren Fahrzeugen begrenzen und eine Richtung nach Westen beibehalten. Ebenso befindet sich die subsynchrone Umlaufbahn unterhalb der geosynchronen Umlaufbahn und wird im Allgemeinen für Objekte verwendet, die Ortsänderungen erfahren. Diese Objekte behalten einen Richtungspfad nach Osten bei.
Der erste Satellit, der in eine geostationäre Umlaufbahn gebracht wurde, war Syncom 3, der am 19. August 1964 mit einer Delta-D-Trägerrakete von Cape Canaveral aus gestartet wurde. Es wurde verwendet, um die Olympischen Sommerspiele 1964 von Tokio in die Vereinigten Staaten zu übertragen. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden Tausende von Satelliten aus 50 Ländern in die Umlaufbahn gebracht, obwohl nur einige Hundert gleichzeitig einsatzbereit sind.