Ορισμένα διαστημόπλοια είναι κατασκευασμένα για να φτάνουν και να παραμένουν. Ένα διαστημόπλοιο σε τροχιά μπαίνει σε τροχιά γύρω από ένα σώμα-στόχο και το μελετά για μήνες ή χρόνια, συλλέγοντας δεδομένα σε πολλά περάσματα αντί για μια σύντομη πτήση.

Το αντάλλαγμα είναι τα καύσιμα. Η είσοδος σε τροχιά γύρω από έναν μακρινό πλανήτη απαιτεί μεγάλη αλλαγή ταχύτητας, πράγμα που σημαίνει είτε ένα ισχυρό σύστημα πρόωσης είτε μια αργή, αποδοτική ως προς τα καύσιμα προσέγγιση χρησιμοποιώντας υποβοήθηση βαρύτητας και αεροπέδηση.

Αξιοσημείωτα τροχιακά σκάφη

• Διαστημόπλοιο Αναγνώρισης Άρη σε Τροχιά
• Το Cassini στον Κρόνο
• Σεληνιακός Αναγνωριστικός Διαστημόπλοιο σε τροχιά
• Η Ήρα στον Δία

Τα τροχιακά σκάφη συχνά μεταφέρουν πολλαπλά όργανα: κάμερες, φασματόμετρα, ραντάρ και μαγνητόμετρα. Τα δεδομένα επιστρέφουν αργά μέσω μιας μικρής ραδιοζεύξης, επομένως η ενσωματωμένη αποθήκευση και η συμπίεση έχουν την ίδια σημασία με τα ίδια τα όργανα.