Algumas naves espaciais são construídas para chegar e permanecer. Um orbitador entra em órbita em torno de um corpo celeste alvo e estuda-o durante meses ou anos, recolhendo dados em várias passagens, em vez de durante um breve sobrevoo.

A desvantagem é o combustível. Entrar em órbita em torno de um planeta distante exige uma grande mudança de velocidade, o que significa ou um sistema de propulsão pesado ou uma aproximação lenta e eficiente em termos de combustível, utilizando assistência gravitacional e travagem aerodinâmica.

Orbitadores notáveis

• Orbitador de Reconhecimento de Marte
• Cassini em Saturno
• Orbitador de Reconhecimento Lunar
• Juno em Júpiter

Os orbitadores transportam geralmente vários instrumentos: câmaras, espectrómetros, radares e magnetómetros. Os dados regressam lentamente através de um enlace rádio de baixa velocidade, pelo que o armazenamento e a compressão a bordo são tão importantes como os próprios instrumentos.