ISS가 이처럼 경이로운 속도를 유지하는 이유는 지구의 중력 때문이다. 고도 약 400km 상공에서도 지구 중력은 지표면의 약 90% 수준으로 강력하게 작용하며, ISS를 끊임없이 지면으로 끌어당긴다.
우주정거장이 추락하지 않는 비결은 역설적으로 '매우 빠르게 추락하고 있기 때문'이다. ISS는 수평 방향으로 너무나 빠르게 이동하고 있어, 지면을 향해 떨어지는 곡선이 지구 표면의 곡률과 일치하게 된다. 즉, 땅으로 떨어지려고 할 때마다 지구가 아래로 굽어 있어 영원히 바닥에 닿지 않는 '자유낙하' 상태를 유지하는 것이다. 뉴턴의 대포 알 비유처럼, 충분한 수평 속도(28,000 km/h)를 얻은 물체는 추락하지 않고 지구 주위를 도는 궤도에 안착하게 된다.
이 엄청난 속도로 인해 ISS는 약 90분마다 지구를 한 바퀴씩 공전한다. 이로 인해 ISS에 탑승한 우주인들은 24시간 동안 약 16번의 일출과 일몰을 목격하게 된다. 지구 자전 속도(적도 기준 약 시속 1,670 km/h)보다 약 16배 이상 빠르기 때문에, 지상에서 관측할 때 ISS는 밤하늘에서 비행기보다 훨씬 빠른 속도로 가로지르는 밝은 점으로 보이게 된다.
다만 400km 고도에도 희박하게나마 대기 입자가 존재하여 마찰이 발생하므로, ISS는 시간이 지남에 따라 조금씩 속도가 줄어들며 고도가 낮아진다. 이를 보완하기 위해 주기적으로 엔진을 점화하여 속도를 다시 28,000 km/h 수준으로 끌어올리는 '리부스트(Reboost)' 작업을 수행한다.