Astronomijoje orbitos nustatymas reiškia nuspėti, kaip erdvėje esantys objektai skrieja vienas apie kitą. Yra keletas būdų, kaip atlikti šias prognozes. Pradinės orbitos nustatymo metodas yra lengviausias metodas, todėl norint nustatyti orbitos kūno kryptį ir greitį reikia atlikti du matavimus. Mažiausių kvadratų metodas yra tikslesnis, tačiau norint numatyti kryptį, greitį ir orbitos paklaidą, reikia atlikti daug tos pačios orbitos įvertinimų. Nuosekliojo apdorojimo metodas yra tiksliausias ir reikalauja daug orbitos paklaidos įvertinimų pagal ankstesnius modelius. Šis metodas sukuria naujus orbitos modelius, kuriuose atsižvelgiama į keletą veiksnių, sukeliančių orbitos paklaidą, pvz., nedideli susidūrimai su kosmoso dulkėmis.
Orbitos nustatymo taikymas svyruoja nuo pasaulinės padėties nustatymo palydovų (GPS) iki dvejetainių žvaigždžių orbitų. Orbitos klaida gali sukelti didelių problemų GPS sistemoje, todėl ją reikia nuolat stebėti. Tikimasi, kad objektai, kurie susidurs su Žeme, bus numatyti naudojant orbitos nustatymo metodus prieš susidūrimą.
Pradinis orbitos nustatymas buvo naudojamas per visą istoriją ir buvo sukurtas savarankiškai daugelio astronomų. Jį panaudojo Johannesas Kepleris, kad gautų tris planetų judėjimo dėsnius. Pirmasis tikslus Marso planetos orbitos modelis taip pat buvo sukurtas naudojant pradinį orbitos nustatymą.
Nuo tada, kai 1801 m. jį pirmą kartą sukūrė Carlas Friedrichas Gaussas, mažiausių kvadratų metodas pakeitė pradinį orbitos nustatymą. Orbitos periodas yra visa orbitos kilpa. Mažiausių kvadratų metodas rodo, kad tarp pilnų orbitos periodų visada būna klaidų, kurios susidaro dėl nežinomų jėgų ir orbitoje skriejančio kūno sąveikos kelionės metu. Pradinis orbitos nustatymas neatsižvelgia į ankstesnius duomenis. Tai tik pirmasis šiuolaikinio orbitos nustatymo žingsnis, nes mažiausio kvadrato metodas apskaičiuoja orbitos paklaidą.
Nuosekliojo apdorojimo metodas yra labiausiai pageidaujamas dėl kompiuterinio modeliavimo. Naudodami šį metodą ir Shermano teoremą, astronomai kuria orbitos modelius naudodami kompiuterius, kad surastų būsimą padėtį, greitį, kryptį ir orbitos paklaidą, turėdami labai ribotus duomenis. Šermano teorema reikalauja dar vieno matematinio žingsnio į nuoseklaus apdorojimo metodą, vadinamą linearizavimu.
Sudėtingos matematikos ir išsamių duomenų, reikalingų nuoseklaus apdorojimo metodui naudoti, dažnai nėra, todėl astronomai pateikia nuoseklaus apdorojimo metodo įverčius. Tai sumažina orbitos nustatymo sudėtingumą, bet šiek tiek padidina orbitos paklaidą. Šis procesas vadinamas būsenos įvertinimo nuoroda. Astronomai naudoja būsenos įvertinimą ir linijavimą tik tada, kai jų tiriami orbitos duomenys yra per maži, kad būtų galima naudoti nelinijinius nuoseklaus apdorojimo metodus.