Sondy okrążają Słońce będąc cały czas w sąsiedztwie orbity Ziemi. STEREO-A ("A" od ang. ahead – wyprzedzający) znajduje się przed Ziemią (i bliżej Słońca niż Ziemia), w jej wędrówce wokoło Słońca, a STEREO-B ("B" od ang. behind – pozostający w tyle) za Ziemią, i trochę dalej od Słońca niż Ziemia. STEREO-A obiega Słońce co 344 dni, a B – co 389 dni. Z perspektywy Słońca odległość między statkami będzie zwiększała się co roku o 45°.
Orbity docelowe zostaną osiągnięte przy udziale asysty grawitacyjnej Księżyca. STEREO jest pierwszą misją NASA, która wykorzystała osobne zbliżenia do Księżyca do umieszczenia dwóch statków na różnych orbitach. Początkowo obie sondy znajdowały się na prawie identycznych wysoce eliptycznych orbitach wokółziemskich sięgających w apogeum poza orbitę Księżyca (403 810 km, nachylenie 28,5°). Po 65 dniach, czyli wykonaniu czterech i pół obiegu Ziemi, grawitacja Księżyca została użyta do korekcji orbity obu statków. STEREO-A weszła wtedy na zaplanowaną orbitę heliocentryczną. STEREO-B po upływie kolejnego miesiąca ponownie zbliżył się do Księżyca, by ten wypchnął statek z orbity wokółziemskiej.