São assim denominados por serem colocadas em uma órbita sobre o equador de tal forma que o satélite tenha um período de rotação igual ao do nosso planeta Terra, ou seja, 24 horas. Com isso a velocidade angular de rotação do satélite se iguala à da Terra e tudo se passa como se o satélite estivesse parado no espaço em relação a um observador na Terra.
De acordo com a lei de Kepler, o período orbital de um satélite varia conforme o raio da órbita elevado à potência 3/2, desta forma satélites colocados a uma altitude de aproximadamente 36000 km apresentam um período de 24 horas, girando assim a mesma velocidade da terra.
Um satélite que não é geoestacionário nunca está permanentemente sobre a mesma zona da Terra e por isso não pode ser utilizado sozinho para observar a mesma região, porém os satélites da série Molniya adotam órbitas de alta excentricidade e inclinação, de modo que na maior parte do tempo eles ficam aparentemente parados sobre pontos de alta latitude.
Se a Terra fosse perfeitamente esférica, a única posição geoestacionária seria sobre o equador. No caso real, a assimetria na distribuição das massas entre os hemisférios faz com que os satélites geoestacionários devam ser posicionados levemente fora do equador.
Além disso, a irregularidade do campo gravitacional terrestre, junto com perturbações orbitais (tanto gravitacionais, como as atrações da Lua e do Sol, quanto forças não inerciais, como a pressão da radiação solar) obriga que a posição seja periodicamente corrigida, através de manobras orbitais.
