霍曼变轨的概念最早由德国科学家W.霍曼在其1925年出版的专著《天体间的可达性》中提出，但直到1963年才给出严格的数学证明。霍曼变轨是两个不同半径的共面圆轨道间转移经常用的一种方式，其转移轨道是与这两个共面圆轨道相切的椭圆过渡轨道。该椭圆轨道的近拱点与较低高度的圆轨道相切、远拱点与较高高度的圆轨道相切。在限定只用两次脉冲推力的情况下，霍曼变轨所用到的能量最省。利用这一轨道，航天器可以实现从低轨道到高轨道的转移，或从高轨道到低轨道的转移。霍曼变轨虽然所用的能量最省，但它的飞行时间和飞行路线较长。霍曼变轨共施加两次脉冲推力，从低轨道向高轨道转移要两次加速，而从高轨道向低轨道转移则要两次减速。加速和减速都在霍曼轨道的两个切点，即在霍曼转移轨道的近拱点和远拱点进行，加速（或减速）方向都沿轨道切向，轨道转移时间等于霍曼转移轨道周期的一半。当两个圆轨道半径之比大于11.938 765时，用三次冲量的双椭圆转移轨道来代替霍曼转移轨道更能节省能量。

下图为航天器由低圆轨道1到高圆轨道2的霍曼转移轨道。航天器在初始轨道1上某点瞬间加速后，进入一个霍曼转移轨道。航天器由此椭圆轨道的近拱点开始，抵达远拱点后再瞬间加速，进入目标圆轨道2。因为两个圆轨道的半长轴是增大的，因此两次发动机推进皆是加速，轨道机械能增加而进入较高（半长轴较大）的轨道。反之，若要将航天器由高轨道2转移到低轨道1，则两次发动机推进皆是减速。

霍曼变轨

虽然霍曼变轨用到的能量最小，但它是以增加转移时间为代价的；如果有更充裕的变轨能量，可以实现更快的轨道转移。在工程应用中，采用霍曼转移还是快速轨道转移是由飞行任务约束决定的。此外，霍曼转移假设两次变轨是瞬间完成的，但实际上变轨要花时间，因此需要额外的燃料。使用高推力发动机所需额外燃料较小，低推力发动机则还要以控制推进时间、逐渐提高轨道来逼近霍曼转移轨道，因此实际上会比霍曼变轨情况更大且花更多时间。