这种轨道的设计属限制性多体问题。

行星与太阳相比质量小得多。只有在足够靠近行星时，也就是说在距离行星一定范围之内时，行星对探测器的引力才是探测器受到的主要的力。将这个范围假设成一个球，球心为行星质心。这个球就称为作用球。作用球是划分飞行阶段的边界。作用球的半径与行星和太阳质量比有关。可用下面公式计算：

式中为作用球半径；为行星到日心距离；为行星质量与太阳的质量之比。

行星探测器轨道分为行星卫星轨道、人造行星轨道、在行星表面着陆轨道（又称进入轨道）、行星附近飞越轨道和飞离太阳系的轨道。有人将除进入轨道外的其余类型的轨道称为行星探测器轨道。行星探测器轨道依受力情况分为三个阶段：绕地心运动阶段、绕日心运动阶段和绕行星质心运动阶段。在这三个阶段中，行星探测器被认为分别是相对地球、太阳和行星运动的。

在地球的作用球内，探测器先进入停泊轨道。为了脱离地球引力的作用，需要点燃火箭发动机使探测器加速，待速度超过逃逸速度时便会进入过渡轨道，这个过渡轨道是相对地心的双曲线。

探测器到达地球作用球的边界时，是日心轨道的起点。这时须考虑地球相对太阳的运动，把探测器相对地球的逃逸速度换算成相对日心的速度。如果这一速度超过相对日心的逃逸速度，探测器相对日心运动的轨道为双曲线；这一速度小于逃逸速度时，探测器绕日心运动轨道为椭圆。

探测器沿日心轨道在到达行星作用球边界时，需要考虑行星相对太阳的运动，把探测器的日心速度换算成相对行星的速度。这个速度总是超过在这一点的行星逃逸速度，探测器相对行星作双曲线运动。这一双曲线与行星相交时，探测器将与行星相撞，或沿进入轨道降落在行星表面。当双曲线与行星体不相交时，探测器接近行星以后又飞离行星，再次到达作用球边界。这时，相对太阳的速度与进入作用球时的日心速度相比可能增加，也可能减小。速度增加时可以飞向更远的行星；速度减小时可能与距太阳较近的行星相遇。对于要成为行星卫星或成为卫星后再到达行星表面的飞行，在预定的高度上利用火箭发动机进行减速制动，探测器即进入围绕行星的椭圆轨道，成为行星的卫星。从行星卫星轨道向行星表面着陆还须再次减速。对于要返回地球的探测器，还要进行变轨操纵，使探测器进入返回轨道。

轨道计算可以分段进行，若将每一阶段的轨道都假设为开普勒轨道，则可以得到粗略的飞行情况。采用轨道摄动的方法可以得到各阶段的精确轨道。但在实际应用中，这些轨道的精确计算都采用数值方法连续计算。