轨道式导弹是将弹道式导弹的弹头送入地球卫星运行的轨道上并控制弹头在目标区上空制动，使其再入大气层以攻击目标。由于弹头运行的轨道通常不足一圈，所以又叫部分轨道武器。轨道导弹和洲际导弹没有多大区别，只是弹头和制导系统更复杂一些。
1957年8月对日，前苏联的P-7洲际导弹发射成功。接着又研制成功SS-9洲际导弹。
与此同时，1958年11月，美国阿特拉斯导弹，在经过几次失败之后，首次试飞9000千米成功。它重约100吨，速度是音速的1.5倍。同年12月，又将一颗阿特拉斯导弹送入地球轨道。
1959年12月，它的飞行距离达1万千米。此外美国还研究了大力神土星和新星等大型导弹。
这些大型洲际导弹都可视为轨道式导弹。轨道式导弹可以攻击地球上的任意目标，突防能力很强。因为在制动发动机点火使弹头下降前，反导系统无法判断轨道导弹究竟从哪一点开始下降进行攻击，由于它的轨道比弹道导弹的轨道低的多，从开始下降到击中目标的时间只有几分钟，因而造成对方的反导系统来不及反应就被击中。不足的是，轨道导弹有效载荷小，技术复杂，为使弹头入轨，导弹必须加速到7.9千米/秒，需要较大的运载火箭。
另一方面，轨道导弹还要求有技术更为复杂的制导设备，否则就不能准确地控制弹头进入目标区的投放点。