用极坐标系描述的曲线方程称作极坐标方程，通常用来表示ρ为自变量θ的函数。
极坐标方程经常会表现出不同的对称形式，如果ρ(−θ）= ρ（θ），则曲线关于极点（0°/180°）对称，如果ρ（π-θ）= ρ（θ），则曲线关于极点（90°/270°）对称，如果ρ（θ−α）= ρ（θ），则曲线相当于从极点逆时针方向旋转α°。 在极坐标系中，圆心在（r，φ）半径为r的圆的方程为
ρ=2rcos（θ-φ）
另：圆心M(ρ',θ') 半径r 的圆的极坐标方程为:
(ρ')2+ρ2-2ρρ'cos(θ-θ')=r2
根据余弦定理可推得。 经过极点的射线由如下方程表示
θ = φ，
其中φ为射线的倾斜角度，若m为直角坐标系的射线的斜率，则有φ = arctan m。任何不经过极点的直线都会与某条射线垂直。这些在点（r′，φ）处的直线与射线θ = φ 垂直，其方程为r′（θ）= r′sec（θ - φ）。 极坐标的玫瑰线（polar rose）是数学曲线中非常著名的曲线，看上去像花瓣，它只能用极坐标方程来描述，方程如下：
r（θ）= acos kθ
或r（θ）= asin kθ，
如果k是整数，当k是奇数时那么曲线将会是k个花瓣，当k是偶数时曲线将是2k个花瓣。如果k为非整数，将产生圆盘（disc）状图形，且花瓣数也为非整数。注意：该方程不可能产生4的倍数加2（如2，6，10……）个花瓣。变量a代表玫瑰线花瓣的长度。 右图为方程r（θ）= θ for 0 < θ < 6π的一条阿基米德螺线。
阿基米德螺线在极坐标里使用以下方程表示：r（θ）= a+bθ，
改变参数a将改变螺线形状，b控制螺线间距离，通常其为常量。阿基米德螺线有两条螺线，一条θ > 0，另一条θ < 0。两条螺线在极点处平滑地连接。把其中一条翻转90°/270°得到其镜像，就是另一条螺线。 圆锥曲线方程如下：
其中l表示半径，e表示离心率。如果e < 1，曲线为椭圆，如果e = 1，曲线为抛物线，如果e > 1，则表示双曲线。
或者
其中e表示离心率，p表示焦点到准线的距离。 由于坐标系统是基于圆环的，所以许多有关曲线的方程，极坐标要比直角坐标系（笛卡儿坐标系）简单得多。比如双纽线，心脏线。
