Ein Satellit folgt einer polaren Umlaufbahn, wenn er eine Struktur wie einen Planeten oder einen Stern auf einer Bahn umrundet, die sich über beiden Polen der Struktur kreuzt. Ein Satellit ist ein von Menschenhand geschaffener oder natürlicher Körper im Weltraum, der einen anderen Körper umkreist. Der Mond ist beispielsweise ein natürlicher Satellit, der die Erde umkreist. Der Mond ist jedoch kein Beispiel für eine polare Umlaufbahn, da er nicht sowohl den Nord- als auch den Südpol der Erde passiert. Mehrere künstliche Satelliten, wie beispielsweise Kartierungssatelliten und Aufklärungssatelliten, folgen einem solchen Pfad.
Körper in einer polaren Umlaufbahn um die Erde bleiben ungefähr in einem Winkel von etwa neunzig Grad vom Äquator entfernt. Ein Breitengrad ist ein Standortpunkt in Bezug auf seine Entfernung nördlich oder südlich des Äquators und ein Längengrad ist ein Standortpunkt in Bezug auf seine Entfernung vom Nullmeridian oder der Mittellinie, die die Erde in östliche und westliche Hemisphäre teilt. Stellen Sie sich vor, der Globus wäre perfekt auf einem Gitter zentriert, so dass die vertikale Y-Achse vom Nordpol zum Südpol auf dem Nullmeridian verläuft und die horizontale X-Achse entlang des Äquators verläuft. Eine Längslinie, eine Linie parallel zur Y-Achse oder zum Nullmeridian, kann jede Y-Koordinate kreuzen, bleibt aber auf einer X-Koordinate fixiert.
Man könnte sich vorstellen, dass eine polare Umlaufbahn eines Satelliten einer genauen Längslinie von Pol zu Pol folgt, jeden Längspunkt auf der Y-Achse kreuzt und auf einer X-Koordinate oder in einem festen Abstand zum Nullmeridian bleibt. Da sich die Erde jedoch ständig dreht, kann sich die Linie, die ein Satelliten in einer polaren Umlaufbahn verfolgt, im Weltraum gerade von Pol zu Pol bewegen, aber auf der Erde nicht einer geraden Längslinie folgen. Stellen Sie sich vor, Sie ziehen eine Linie von Pol zu Pol auf einer stillstehenden Spielzeugkugel. Stellen Sie sich nun vor, Sie drehen den Globus und versuchen, eine gerade Linie von Pol zu Pol zu ziehen. Die Linie würde diagonal herauskommen und viele Längengrade überqueren.
Im Laufe eines Tages durchquert eine polare Umlaufbahn um die Erde auf ihrer Reise von Pol zu Pol jeden Längengrad. Dies macht eine polare Umlaufbahn zu einer attraktiven Wahl für künstliche Satelliten, die jeden Punkt auf der Erde beobachten müssen. Kartierungssatelliten, mit denen Bilder des gesamten Globus erstellt werden, werden üblicherweise in eine polare Umlaufbahn gebracht, ebenso wie Spionagesatelliten, auch Aufklärungssatelliten genannt. Auf diesem Weg werden auch einige Wettersatelliten gestartet, aber polare Umlaufbahnen sind nicht ideal für Wettersatelliten, die eine bestimmte Region kontinuierlich beobachten möchten.
Manchmal ist die Umlaufbahn eines Satelliten so aufgebaut, dass sich der Satellit im gleichen Tempo wie die Sonne über die Erde bewegt. Dies wird als sonnensynchrone Umlaufbahn bezeichnet. Wenn ein Satellit in einer sonnensynchronen Umlaufbahn einen beliebigen Punkt auf der Erde überfliegt, wird es dieselbe Ortszeit sein, wodurch es möglich ist, den gesamten Globus zu einer konstanten Sonnenzeit zu beobachten. Dies wird oft mit einer polaren Umlaufbahn kombiniert, insbesondere bei Satelliten, die die Temperatur in der Atmosphäre messen sollen.