Quỹ đạo đồng bộ Mặt trời được sử dụng cho các vệ tinh chụp ảnh, trinh sát bề mặt Trái đất, vệ tinh thời tiết,[4] do bất cứ lúc nào mà vệ tinh bay qua một điểm nào đó trên mặt đất, góc tới từ vệ tinh đến bề mặt đất luôn gần như không đổi, đây là điều cần thiết cho việc chụp ảnh bề mặt Trái đất ở các bước sóng khả kiến và hồng ngoại như vệ tinh thời tiết và vệ tinh gián điệp, cũng như các vệ tinh viễn thám khác chẳng hạn như các vệ tinh mang các thiết bị viễn thám đại dương và khí quyển cần ánh sáng mặt trời. Ví dụ: một vệ tinh trong quỹ đạo đồng bộ với Mặt trời có thể bay qua đường xích đạo mười hai lần một ngày, mỗi lần vào khoảng 15:00 giờ địa phương.

Một trường hợp đặc biệt của quỹ đạo đồng bộ Mặt trời là quỹ đạo trưa/nửa đêm, mà giờ Mặt trời địa phương khi vệ tinh đi qua xích đạo là vào thời điểm buổi trưa hoặc nửa đêm, và quỹ đạo bình minh/hoàng hôn, mà giờ Mặt trời địa phương khi đi qua xích đạo là vào thời điểm bình minh hoặc hoàng hôn. Quỹ đạo này rất hữu ích cho các vệ tinh sử dụng radar chủ động, do các tấm năng lượng mặt trời của vệ tinh luôn được đón ánh nắng Mặt trời mà không đi vào vùng tối của Trái Đất. Quỹ đạo bình minh/hoàng hôn được sử dụng cho các vệ tinh khoa học thám sát Trái đất như TRACE, Hinode và PROBA-2, giúp chúng gần như quan sát Mặt trời liên tục.