人们在研制卫星的同时，也从未间断过对卫星发射方面的探索。人们发现单从克服重力因素来说，能量最省的一种发射方法，是沿着水平方向发射，一下子给卫星一个第一宇宙速度。在这种情况下，克服重力的能量损失最小。然而，这种发射方式是不现实的，理由有两个：其一，这样遇到的大气阻力太大，火箭会在严酷的气动力加热条件下被烧成灰烬；其二，不可能有这样的运载工具。目前，第一宇宙速度还不能在瞬息这间突然得到。
要是单从克服大气阻力方面来考虑，最省能量的发射方案是垂直发射，让运载火箭慢慢地与当地水平面成垂直角度穿出大气层，这样经过稠密大气层的路程最短。可是，这种慢腾腾地垂直运动却又要在克服重力方面付出巨大的代价。可以设想，火箭发射时，开始是垂直上升，然后也一直让它垂直上升，即不断克服重力做功，提高卫星的高度，那么，到运载火箭的全部推进剂耗完时，卫星还是免不了要在重力作用下掉回地面，除了地球自转使它落回的地点可能稍有移动外，可以说基本上是原地踏步。
以上是两种极端情况，实际上都不可行。实际的航天发射，要同时考虑克服重力和大气阻力及减少能量损失等问题。而且，克服大气阻力所花费的能量通常约占克服重力所耗能量的1/5，因此，克服重力是决定性的因素。
航天活动的实践表明，为了利用地球的自转，节省能量，航天发射一般都顺地球的自转方向向东发射。并且，发射时先让运载工具沿垂直方面慢慢上升一段，到一定的高度——大气比较稀薄了，再逐渐拐弯，在增加高度的同时，不断增加速度，奔向所要求的轨道。起飞时，火箭的推力应当稍大于运载火箭的起飞重量，两者的比值一般以1.2～1.5为宜。这样在通过稠密大气层时，就不会因速度太快而产生过高的气动力加热，烧坏运载火箭的壳体。
运载火箭垂直上升到一定高度时，为了拐弯，要给它一个角度——脱离角。脱离角的大小，取决于运载火箭的类型和卫星运行的预定轨道。鉴于火箭拐弯时，它基本上仍在大气层内，所以脱离角不能太大，依据轨道高度的不同一般是1°～2°。如果脱离角过大，运载火箭的壳体就有被侧风破坏的危险。打高轨道时，最初的脱离角要小一些，打低轨道时，脱离角则应大一些。
运载火箭在弹道上的任何一点所具有的速度，都可看成由垂直方向和水平方向两个速度合成的。在上述这种发射方式中，运载火箭在弹道的每一段，总是以它运动所产生的惯性离心力去尽量抵消重力，火箭运动的水平分速度愈大，它所产生的惯性离心力愈大，对于重力的抵消也就愈完全。在火箭速度的水平分速度小于环绕速度的情况下，整个系统的重量是由火箭的部分推力和惯性离心力来抵消的，火箭的另一部分推力用在继续提高整个系统的高度和速度上。不过，在发射的最初阶段，在火箭还未获得水平分速度或即便有也很小的情况下，全靠发动机的推力做功，来克服重力。一旦火箭的水平速度达到环绕速度，火箭推力就是控制轨道远地点的一个因素了。
从获得速度方面来说，多级火箭具有单级火箭所不能比拟的优点，但这并不是说，火箭的级数愈多愈好。火箭级数增加，整个火箭的结构和控制也必然随着复杂化，工作的可靠性就会降低。所以，通常只要满足了速度要求，就不必去追求增多火箭级数了。目前，发射绕地球运行的卫星多用二级或三级运载火箭。而发射离开地球引力场，在太阳系内转圈或飞出太阳系的人造天体，所用的运载火箭级数要多一些。因为它们有的在飞近其他星体后，需要制动减速，进行绕飞或着陆，有的还需要飞返地球。
在选择运载火箭的级数时，主要考虑的因素是卫星运行的轨道类型及有效载荷的重量。一般来说，如果卫星要进入的轨道是一个高度较低的圆轨道。那么，这个任务用二级运载火箭即可完成。二级火箭结构简单，工作可靠，造价便宜，用以发射低轨道的卫星很合适。
为了发射运行在高度较高的轨道上的卫星，就需要使用三级运载火箭或比较复杂的二级火箭了。三级运载火箭，特别是第三级可以多次启动的三级运载火箭，为在近地空间建立各种类型的轨道，提供了广泛的可能性。例如，利用这种三级运载火箭可以建立又扁又长的椭圆轨道，这种轨道的近地点、远地点相对于地面的位置，可以任意控制。
三级运载火箭也可用于发射同步卫星或对地静止卫星。发射这种卫星，正如前面已经说过的理由，从位于赤道上的基地发射最为有利，既可最大限度地利用地球自转的速度460米/秒，又不必为机动轨道平面而消耗巨大的能量。世界上的多数国家，受地理条件的限制，很少在赤道上拥有这样的发射基地，只能在自己领土许可的范围内，尽量向赤道靠近一些。运行在同步轨道或对地静止轨道上的卫星，一般都带有远地点发动机，以便在36万千米高的远地点点火，使自己获得环绕速度，同时力求使自己的轨道平面接近或重合赤道平面。
人造卫星的运行轨道所谓人造卫星运行轨道，就是从末级火箭推力中止到人造卫星陨落前，人造卫星质心的运动轨迹。它决定于入轨点的位置和入轨速度。人造卫星的运行轨道是一条与开普勒椭圆轨道相差很小的复杂曲线。假如人造卫星的离心惯性正好等于地球对它的引力，则以圆形轨道绕地球飞行如果稍大一些，则为椭圆轨道如果速度过小，人造卫星虽然到达太空，但入不了轨，拐弯后还会落向地面。如果速度过大，它就会以抛物线或双曲线轨道飞离地球。
人造地球卫星轨道非常复杂，按形状分圆形轨道和椭圆轨道，按离地面距离，分高轨道和低轨道。还有一些特殊意义的轨道，如赤道轨道、极地轨道、地球同步轨道、对地静止轨道、太阳同步轨道和回归轨道等等。
多数卫星的轨道是椭圆形的，大小和形状由长轴和短轴决定。长短轴相等，即圆轨道，长短轨轴值相差越大，轨道形状越扁长，长短轴数值越大，轨道越高。人造卫星在椭圆轨道上运动一周，也就是绕地球飞行一圈的时间称为轨道周期。周期长短与半长轴有关，半长轴相同的轨道，其周期也相同。
椭圆轨道长轴的两端，分别叫做近地点和远地点。
卫星轨道形成的平面叫轨道平面，总是通过地心的轨道平面与地球赤道形成的平面夹角叫轨道倾角。倾角小于90°为顺行轨道大于90°为逆行轨道。下面介绍有一些特殊意义的轨道。
1.赤道轨道
轨道平面倾角是0°的轨道叫做赤道轨道。卫星在离地面35786千米高度的圆形轨道上飞行，它在轨道周期是23小时56分4秒，这个时间正好和地球自转1周的时间相同。假定这条轨道又正好是赤道轨道，而且卫星飞行的方向也和地球自转的方向一致，那么，卫星和地面之间将保持相对静止，换句话说，卫星“固定”在地球赤道上空的某一点。这种轨道叫做地球同步轨道。很明显，地球同步轨道只有一条，那就是高度35786千米的赤道轨道。
许多卫星，如通信卫星、气象卫星和导航卫星等都适合采用地球同步轨道。因此，射入地球同步轨道的卫星越来越多。
但是，在地球同步轨道上布置的卫星不能太密，太密了会造成相邻两个卫星之间的无线电波干扰。目前，国际上规定了两颗卫星之间不得小于3°以地球的赤道的经度划分。按照这样的规定，在地球同步轨道上最多只能布置120颗卫星。到目前，世界各国已经占用了近80个位置，剩下的位置各国都已经纷纷提出申请，于是出现了地球同步轨道的“位置之争”。