A legtöbb műholdat az űrben lehet tartani, de a Föld légkörét tekintve elfoglalják a termoszférának és az exoszférának nevezett régiókat. Az a réteg, amelyen keresztül egy műhold kering, a műhold működésétől és a pályája fajtájától függ. Az 1950-es évekbeli Sputnik indulása óta az űrutazó országok több ezer műholdat állítottak pályára a Föld körül, sőt más bolygók körül is. Számos különböző célt szolgálnak, az olyan összetett űrállomásoktól, mint a Nemzetközi Űrállomás, a Globális Helymeghatározó Rendszerig, amely segíti a hazautazást.
Termoszféra: Magas hőmérséklet
A termoszféra egy nagyon magas hőmérsékletű régió, amely a mezoszféra tetejétől a Föld felszíne körül 85 kilométertől 640 kilométerig terjed. Termoszférának hívják, mert a hőmérséklet elérheti az 1500 Celsius fokot (2732 Fahrenheit fok). A magas hőmérséklet ellenére azonban a nyomás nagyon alacsony, így a műholdak nem szenvednek hőkárosodást.
Exoszféra: A legtávolabb eléri
A termoszféra felett egy exoszféra nevű utolsó réteg ül, amely a Föld meghatározásától függően akár 10 000 kilométerre (6200 mérföldre) is kiterjed a Föld felett. Az exoszféra néhány meghatározása magában foglalja az egész teret egészen addig a pontig, ahol az atomokat elüt a napszél. Nincs külön felső határ, mivel az exoszférának nincs nyomása, és a molekulák szabadon lebegnek itt. Végül az exoszféra utat enged a tér hatásának, amely a Föld hatásán kívül esik.
Alacsony Föld pálya
A legalacsonyabban keringő műholdak elfoglalják az alacsony földi pályát vagy a LEO-t, amely bármely 2000 kilométer (1243 mérföld) alatti pályát magában foglalja. Az ilyen magasságú műholdak nagyon gyorsan köröznek a Föld körül, és pályájuk gyorsabban lebomlik, ami azt jelenti, hogy végül visszaesnek a Földre, ha a tolóerő nem tartja őket fent. A Nemzetközi Űrállomás LEO-ban található, és a LEO legtöbb műholdja átrepül a termoszférán, bár a LEO felső határán lévők az exoszférába nyúlnak. A tudományos kutatási műholdakat jellemzően a LEO-ba helyezik, hogy így jobban figyelemmel kísérhessék a Földön végzett tevékenységeket.
Középső és magas földi pálya
A LEO fölötti műholdak mind az exoszférán keringenek, és évtizedekig fenntarthatják pályájukat kiigazítás nélkül. Az időjárási és a kommunikációs műholdak magasabb pályát foglalnak el, mert hosszabb áttekintésre van szükségük a bolygó egy adott területére, hogy akár átviteleket szállítsanak, akár adatokat rögzítsenek. A Magas Földi pálya tetején geoszinkron pálya található. Bármelyik műhold keringési periódusa megegyezik a Földével. A geoszinkron pálya speciális típusa a geostacionárius pálya, amely az Egyenlítő mentén fut. Ez a műholdat az ég ugyanazon pontján tartja az egész pályán.