Bazı uzay araçları hedef gök cisminin etrafına yerleşip orada kalmak üzere tasarlanmıştır. Bir yörünge aracı, hedef gök cisminin yörüngesine girer ve aylarca veya yıllarca onu inceler; kısa bir geçiş yerine birçok geçiş boyunca veri toplar.

Buradaki dezavantaj yakıttır. Uzak bir gezegenin yörüngesine girmek büyük bir hız değişimi gerektirir; bu da ya ağır bir itme sistemi ya da yerçekimi yardımı ve aerofrenleme kullanan yavaş, yakıt tasarruflu bir yaklaşım anlamına gelir.

Önemli yörünge araçları

• Mars Keşif Uydusu
• Satürn'deki Cassini
• Ay Keşif Yörünge Aracı
• Jüpiter'deki Juno

Uzay mekiği araçları genellikle birden fazla alet taşır: kameralar, spektrometreler, radar ve manyetometreler. Veriler küçük bir radyo bağlantısı üzerinden yavaşça geri döner, bu nedenle yerleşik depolama ve sıkıştırma, aletlerin kendileri kadar önemlidir.