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En effet, la mécanique spatiale fait que le vaisseau cargo effectue seize fois le tour de la Terre chaque jour. Compte tenu des vitesses de passage au dessus des stations sol, la communication ne peut être établie que pour sept à huit minutes à chaque passage. Un grand nombre de stations serait nécessaire pour établir une communication quasi continue.

Pour résoudre ces difficultés, le centre de contrôle utilise des satellites relais, en orbite géostationnaire, tournant en même temps que la Terre. Ainsi, le nombre de stations au sol est minimisé : l’ATV communique vers le satellite relais, qui communique à son tour vers une seule station sol.

Deux systèmes de satellite relais sont utilisés : ARTEMIS, système Européen développé par l’ESA et TDRSS, système Américain développé par la NASA. Le centre de Houston joue le rôle d’interface entre l’ATV-CC et le système TDRSS. Côté européen, c’est le centre de contrôle à Redu, en Belgique, qui joue ce rôle.

Les besoins de communication entre le vaisseau cargo et l’ATV-CC sont moindre une fois que l’ATV est attaché à la station. Par conséquent, les équipes CNES et ESA privilégient l’usage des satellites TDRSS qui seuls permettent une communication continue pendant toute la phase de vol libre, puis le système ARTEMIS pendant toute la phase attachée.