Quỹ đạo quầng thẳng gần (NRHO) trong không gian cislunar, được minh họa bằng phần mềm FreeFlyer.Quỹ đạo của Lunar Gateway. Bản đồ quỹ đạo trong bảy ngày đầu tiên. Nhìn cố định trên Mặt Trăng và Trái Đất.Hoạt hình quỹ đạo của Lunar Gateway.Hoạt hình quỹ đạo của Lunar Gateway. Nhìn từ phía trên cực bắc Mặt Trăng.

Gateway dự kiến sẽ được phóng theo quỹ đạo hình elip cao và đi theo Mặt Trăng theo quỹ đạo quầng thẳng gần (NRHO). Thời gian để đưa con tàu lên Mặt Trăng kéo dài khoảng bảy ngày và tiếp cận với bề mặt cực bắc của Mặt Trăng trong khoảng cách gần nhất là 1.500 km (930 mi) và 70.000 km (43.000 mi) trong khoảng cách xa nhất trên cực nam của Mặt Trăng.[3][36][37] Việc trạm vũ trụ đi theo không gian cislunar (quỹ đạo Mặt Trăng)[lower-alpha 1] nhằm để mở rộng những kiến thức và các kinh nghiệm tất yếu, từ đó có thể vượt ra xa Mặt Trăng và tiến vào không gian sâu thẳm. Quỹ đạo NRHO sẽ cho phép Gateway có thể đi thám hiểm Mặt Trăng theo quỹ đạo cực thấp nhất với xung lượng khoảng 730 m/s Δv và mất nửa ngày để có thể quá cảnh. Trong trường hợp trạm quỹ đạo cố định[lower-alpha 2] thì sẽ yêu cầu xung lượng ít hơn 10 m/s Δv mỗi năm. Nếu xung lực Δv bị tiêu hao ở mức tương đối nhỏ thì độ nghiêng quỹ đạo của con tàu sẽ có thể bị thay đổi và cho phép con tàu có thể tiếp cận với hầu hết bề mặt Mặt Trăng. Trạm vũ trụ sau khi phóng từ Trái Đất sẽ thực hiện một chuyến bay ngang qua Mặt Trăng với xung lực khoảng Δv ≈ 240 m/s rồi sau cùng là đến (Δv ≈ 180 m/s) quỹ đạo NRHO được chèn thêm để cập âu đến Gateway sau khi con tàu tiếp cận củng điểm trên quỹ đạo của trạm vũ trụ. Tổng thời gian di chuyển của con tàu là 5 ngày, tương tự vói thời gian quay trở lại Trái Đất. Ngoài ra, hệ thống sẽ yêu cầu thêm động lượng Δv nếu con tàu phải dành tối đa 11 ngày tại Gateway. Đối với các nhiệm vụ phi hành đoàn sẽ kéo dài lên đến 21 ngày và với động lượng Δv ≈ 840 m/s là xung lượng giới hạn bởi nhiều chức năng của các hệ thống tầng đẩy và hỗ trợ sự sống cho Orion.[38]

Một trong những lợi ích của NRHO là nó có thể giảm số lượng mất liên lạc với Trái Đất xuống mức tổi thiểu.

Gateway được dự kiến sẽ trở thành trạm vũ trụ đa mô-đun đầu tiên được định mức bởi con người và có thể hoạt động tự chủ trong những năm đầu tiên ngoài không gian. Ngoài ra, Gateway cũng sẽ trở thành trạm không gian sâu đầu tiên được đặt ở khu vực cách xa quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Với phần mềm điều hành được điều khiển tinh vi hơn tất cả các trạm vũ trụ trước đây, phần mềm này sẽ giám sát và kiểm soát toàn bộ hệ thống của con tàu. Ngoài ra, con tàu còn sở hữu một kiến trúc cao cấp được cung cấp bởi phòng thí nghiệm Khoa học người máy và Thông tin cho Chuyến bay vũ trụ có Người lái và được triển khai tại các cơ sở của NASA. Gateway cũng có thể hỗ trợ phát triển và thử nghiệm hoạt động Khai thác tài nguyên tại chỗ (ISRU) từ Mặt Trăng và các tiểu hành tinh.[39] Hơn nữa, Gateway cũng sẽ mang đến cơ hội để tích lũy từ từ các khả năng cho nhiều nhiệm vụ phức tạp hơn trong tương lai.[40]