轨道衰变就是低轨飞行器的轨道缓慢衰降。其因是高层大气的阻力是一种耗散力，导致低轨飞行器的轨道缓慢衰降。通过力学原理，可以通过飞行器轨道的衰降数据反演出高层大气密度。

如果轨道的某一部分进入了大气层，他的轨道就会因为拖曳而衰变。每一次通过近心点，这个物体就会与大气摩擦，并且失去能量。每次，物体都是很精确的在动能最大时损失能量，因此轨道的离心率都会降低（更接近圆轨道）。这与摆锤的能量损失会使他在最低点的速度减慢，与最高点的高度降低现象是相似的。在连续不断的作用下，轨道受大气影响的路径一次比一次长，受到的影响也一次比一次明显。最后，作用的影响变得很大，即使以最大动能也不能继续维持轨道在受到大气层拖曳影响的极限之上。当这种情况发生时，物体将迅速的以螺旋形路径下降并与中心物体交会。

大气层边界的变化很大，当太阳极大期时，大气层会产生拖曳作用的高度与太阳极小期时相差达100公里以上。

有些具有良好传导性的卫星也会因为地球磁场的拖曳作用而发生轨道衰变。基本上，金属线切过磁场时，其作用就像发电机一样。金属线会将电子由接近真空的一端移动至接近真空的另一端，轨道能量就会在金属线中转换成热。

轨道可以使用火箭马达在路经中的某一点改变动能而进行人为的改变，这是将化学能或电能转换成动能。以这些方法可以促进轨道的形状和指向的改变。

另一种以人为方法影响轨道的方法是使用太阳帆或磁性帆。这种形式的推力除了来自太阳之外，不需要使用火箭或其他形式的能量输入来推进，因此可以不受限制的使用。可以参考静星（statite）所提出的这一种使用方法。

在同步轨道上环绕中心运转的物体也会因为潮汐力产生轨道衰变。在轨道上的物体因为拖曳使主体产生潮汐隆起，并且因为在同步轨道之中的物体运动得比表面上的物体为快，因此隆起物的移动会滞后一个小的角度。隆起物的重力因而会在卫星的主轴上延著运动方向产生一个微小的分量。隆起的近端会使卫星减速得比远端造成的加速还大，结果使得轨道衰变。反过来说，卫星给了隆起物一个扭矩，并且加速了他的自转。人造卫星相对于行星来说是太微小了，因此对行星的潮汐效应影响不了轨道，但是在太阳系内有些卫星在这种机制下遭受过潮汐力造成的轨道衰变。火星最内侧的卫星弗伯斯是一个最好的例子，在五千万年内不是将撞击至火星的表面，就是将被破坏而形成一个环带。

最后，轨道还会因为重力波的辐射而衰变。这个机制对绝大多数的天体都是极端微弱的，只有在很巨大的质量和加速度的结合下，例如一对密接的黑洞或中子星互绕的情况下，才会显现出来。

根据飞行器轨道衰变公式：其中K是由卫星质量、风阻系数、迎风面积共同决定的一个量，对于确定的卫星在较长时间平均下，K为常量；为大气密度，为飞行器轨道半长轴。

从这个轨道衰变公式可以计算出相应的大气密度数值。由于高层大气的主要热源来自太阳的极紫外辐射和X射线对氧分子的加热以及高能粒子在大气层中的沉降。大阳活动剧烈时，极紫外辐射和X射线增强，同时磁暴引起的高能粒子在大气层中沉降事件增加，这些会加热高层大气并使之密度上升从而增加低轨道飞行器的阻力并降低其轨道。使用低轨飞行器的轨道衰变数据通过物理原理可以反演出高层大气密度的变化情况以及对当时空间天气状况的响应程度。