行星的轨道速度是指其沿绕恒星轨道运动的速度。它由引力与离心力之间的平衡决定。对于圆形轨道，动态平衡条件要求向心力 \( F_c = \frac{m v^2}{r} \) 与引力 \( F_g = \frac{G M m}{r^2} \) 相互抵消，其中 \( G \) 为引力常数，\( M \) 为恒星质量，\( r \) 为轨道半径。
通过令 \( F_c \) 与 \( F_g \) 相等，我们得到：
\( \frac{m v^2}{r} = \frac{G M m}{r^2} \)
行星质量 \( m \) 被消去，表明轨道速度与行星质量无关。
\( v = \sqrt{\frac{G M}{r}} \)
这一基本关系表达了轨道速度与到恒星距离的依赖关系。靠近太阳的行星（如水星）运动较快，而远离太阳的行星（如海王星）运动较慢。
该方程展示了约翰内斯·开普勒（1571–1630）的经验定律与艾萨克·牛顿（1643–1727）的引力理论。轨道速度随距离的平方根递减，遵循 \( v \propto r^{-1/2} \)。它根据开普勒第三定律确定轨道周期 \( T \)：\( T^2 \propto r^3 \)。
对于太阳系中的每一颗行星，其平均轨道速度可以通过太阳质量 \( M_\odot = 1.989 \times 10^{30}\, \mathrm{kg} \) 和以米表示的平均轨道半径计算得出。
| 行星 | 距太阳的平均距离（106公里） | 轨道速度（公里/秒） | 恒星周期（天） |
|---|---|---|---|
| 水星 | 57.9 | 47.9 | 87.97 |
| 金星 | 108.2 | 35.0 | 224.70 |
| 地球 | 149.6 | 29.8 | 365.26 |
| 火星 | 227.9 | 24.1 | 686.98 |
| 木星 | 778.6 | 13.1 | 4332.6 |
| 土星 | 1433.5 | 9.7 | 10759 |
| 天王星 | 2872.5 | 6.8 | 30688 |
| 海王星 | 4495.1 | 5.4 | 60182 |
来源：喷气推进实验室 – 太阳系动力学
方程 \( v = \sqrt{\frac{G M}{r}} \) 假设轨道为完美圆形，并忽略了行星间的引力摄动。 实际上，轨道是椭圆形的：速度随位置变化，在近日点较高，在远日点较低。 这种变化遵循开普勒面积定律：矢径在相等时间内扫过相等面积。
在圆形轨道上运行的行星的总轨道能量（动能 + 势能）为：
\( E = -\frac{G M m}{2 r} \)
负值表示该行星受其恒星的引力束缚：要逃离，即达到逃逸速度 \( v_e = \sqrt{\frac{2 G M}{r}} \)（等于轨道速度的 \(\sqrt{2}\) 倍），必须提供能量 \( \geq |E| \)。
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