Obwohl Satelliten recht klein sind und sich in großen Höhen bewegen, kann man sie teilweise mit bloßem Auge von der Erde aus beobachten. Dazu müssen sie sich in relativ niedrigen Umlaufbahnen knapp über der Erdatmosphäre zwischen 300 und 800 Kilometern Höhe befinden, wo sie in circa 90 Minuten die Erde einmal komplett umrunden.

Um Satelliten beobachten zu können, ist es am günstigsten, wenn der Satellit vom Sonnenlicht beschienen wird, der Beobachter aber schon im Erdschatten steht, es also für ihn Nacht ist. Dies ist besonders im Mai, Juni und Juli der Fall, wenn die Nächte kurz und die Tage lang sind. In dieser Zeit sinkt die Sonne nachts nur wenig unter den Horizont. Daher steigt der Erdschatten nachts von Norden nach Süden besonders flach an. Das bedeutet, dass es selbst mitten in der Nacht über uns in der Höhe des Satelliten helllichter Tag ist. Wird der Satellit noch von der Sonne beschienen, bemerken wir ihn auf der Erde als schnell wanderndes Objekt am Himmel. Tritt er weiter im Süden in den Erdschatten ein, wo es auch für ihn Nacht ist, verlöscht sein Licht schlagartig.

Die Helligkeit dieser künstlichen Himmelskörper hängt von der Größe der Objekte und der Höhe ihrer Umlaufbahn ab. Große "Satelliten" wie die Mir oder die ISS strahlen hell am Himmel und sind gut mit bloßem Auge sichtbar. Kleinere oder sehr hoch fliegende Trabanten kann der Beobachter dagegen nur im Teleskop ausmachen.

Interessanterweise gibt es so gut wie keine Satelliten, die von Osten nach Westen über den Himmel ziehen. Die Mir bewegt sich zum Beispiel von Südwesten nach Nordosten, ebenso die ISS. Der Grund dafür liegt in der Rotationsrichtung der Erde. Da sie sich von Westen nach Osten dreht, werden die meisten Satelliten in gleichgerichtete Umlaufbahnen gebracht. Um auf diesen Orbitalbahnen ihre Endgeschwindigkeit zu erreichen, müssen sie nicht mit vollem Antrieb fliegen, da die Erdrotation auch etwas zur Geschwindigkeit beisteuert. Flöge ein Satellit entgegen der Rotationsrichtung der Erde, so würde das für die Beschleunigung nur zusätzlichen Treibstoff verbrauchen, aber keinerlei Nutzen bringen.

Eine spektakuläre Himmelserscheinung, die von Satelliten ausgeht, sind die sogenannten Iridium Flares. Das mittlerweile Konkurs gegangene Unternehmen Iridium postierte in der Vergangenheit 66 Kommunikationssatelliten im Orbit, um ein weltweit funktionierendes Mobilfunknetz aufzubauen. Die Satelliten befinden sich immer noch im All und sind dort für die Flares verantwortlich.

Ein Flare ist eine schnell ansteigende und ebenso schnell wieder abklingende Leuchterscheinung. Sie werden durch die drei großen Übertragungspanels eines jeden Satelliten verursacht, die wie riesige Spiegel wirken. Trifft das Sonnenlicht diese Panels, reflektieren sie es zur Erde, wo ein ungefähr 100 Kilometer breiter Lichtfleck über den Erdboden rast. Steht der Beobachter in der Bahn dieses Lichtflecks, lässt sich folgendes beobachten: Zuerst erscheint ein schwaches Objekt, das sich zügig über den Himmel bewegt. In den nächsten Sekunden wird es erst langsam, dann immer schneller heller, bis es fast blendet. Genauso schnell nimmt die Helligkeit anschließend wieder ab, bis die Satellitenerscheinung vorbei ist.