Некоторые космические аппараты созданы для того, чтобы прибыть на место и остаться там. Орбитальный аппарат выходит на орбиту вокруг целевого объекта и изучает его в течение месяцев или лет, собирая данные за множество пролётов, а не за короткий пролёт.

Компромисс заключается в топливе. Выход на орбиту вокруг далёкой планеты требует значительного изменения скорости, что означает либо использование тяжёлой двигательной установки, либо медленный, экономичный с точки зрения расхода топлива подход с применением гравитационных маневров и аэродинамического торможения.

Известные орбитальные аппараты

• Марсианский разведывательный орбитальный аппарат
• Кассини у Сатурна
• Лунный разведывательный орбитальный аппарат
• Юнона у Юпитера

Орбитальные аппараты часто несут на борту множество приборов: камеры, спектрометры, радар и магнитометры. Данные передаются медленно по узкому радиоканалу, поэтому бортовое хранение и сжатие данных имеют такое же важное значение, как и сами приборы.