Σε τροχιά ψηλά πάνω από τη Γη, οι μετεωρολογικοί δορυφόροι παρέχουν συνεχή εικόνα των νεφών, της υγρασίας, της θερμοκρασίας και άλλων μεταβλητών σε ολόκληρο τον πλανήτη. Οι γεωστατικοί δορυφόροι αιωρούνται πάνω από ένα σταθερό σημείο στον ισημερινό και παρέχουν εικόνες κάθε λίγα λεπτά. Οι δορυφόροι σε πολική τροχιά πετούν χαμηλότερα και παρέχουν παγκόσμια κάλυψη με υψηλότερη ανάλυση.

Τα όργανα μετρούν το ορατό φως, την υπέρυθρη ακτινοβολία και τα μήκη κύματος υδρατμών. Τα δεδομένα αποκαλύπτουν τη δομή των καταιγίδων, παρακολουθούν τους τροπικούς κυκλώνες, παρακολουθούν την ηφαιστειακή τέφρα και εκτιμούν τις βροχοπτώσεις. Οι βυθομετρητές ανακτούν κατακόρυφα προφίλ θερμοκρασίας και υγρασίας που συμπληρώνουν τις παρατηρήσεις με μπαλόνια.

Οι δορυφορικές εικόνες είναι γνωστές στο κοινό από την τηλεόραση και τους ιστότοπους. Στα γραφεία πρόγνωσης τα ίδια δεδομένα χρησιμοποιούνται ποσοτικά για την αρχικοποίηση και την επαλήθευση μοντέλων. Το παγκόσμιο δίκτυο μετεωρολογικών δορυφόρων αποτελεί κρίσιμο στοιχείο του συστήματος παρατήρησης.

Οι νέες γενιές δορυφόρων συνεχίζουν να βελτιώνουν την χωρική και χρονική ανάλυση.