Исследуя северный и южный полюса Солнца, Solar Orbiter вылетит из плоскости эклиптики — области пространства, примерно совпадающей с экватором Солнца, через которую вращаются планеты. Пролетев несколько раз мимо Венеры, чтобы совершить гравитационный маневр, приблизиться к Солнцу и подняться выше эклиптики, Solar Orbiter выйдет на эллиптическую орбиту, где и будет находиться на протяжении всей своей миссии.
При этом солнечный зонд будет то приближаться к Солнцу, то отдаляться от него на значительное расстояний. Из-за этого сам зонд и оборудование, которое он несет на борту, должны выдерживать экстремальные температуры от -185 ºС в максимально отдаленной от Солнца точке орбиты до +555 ºС при максимальной приближении, где к высокой температуре добавится еще и солнечная радиация.
Для того чтобы защитить зонд от воздействия экстремальных температур он оборудован тепловым экраном массой 146 кг, который отражает и отводит тепло. Его длина составляет 3 метра, ширина 2,5 метра и состоит он из нескольких слоев. Верхний слой — несколько тонких пластин из титановой фольги, он предназначен для отражения теплового и радиационного излучения. Внутренний слой состоит их алюминиевого основания с сотовой структурой, покрытого фольгой. Звездообразные титановые скобы удерживают слои на месте, образовывая некое подобие сэндвича. Почти 25-сантиметровый зазор между слоями не заполнен ничем, он отводит тепло в космос. Второй зазор лежит между внутренним слоем и самим зондом. Общая толщина щита составляет около 40 сантиметров. В нем имеется пять глазков для приборов дистанционного зондирования.
Снаружи щит покрыт порошкообразным черным покрытием на основе фосфата кальция, несмотря на то что такое покрытие быстро нагревается, оно также очень хорошо отдает тепло обратно в космос. Помимо внешнего теплового воздействия, Solar Orbiter также нагревается изнутри, оборудование установленное внутри выделяет тепло, которое отводится при помощи панелей радиаторов.
Для того чтобы тепловой щит смог защитить солнечный зонд, ему очень важно сохранять свою ориентацию относительно Солнца, ведь экран установлен только на передней стороне.
