En orbite à haute altitude au-dessus de la Terre, les satellites météorologiques fournissent une vue continue des nuages, de l'humidité, de la température et d'autres variables sur l'ensemble de la planète. Les satellites géostationnaires survolent un point fixe de l'équateur et transmettent des images toutes les quelques minutes. Les satellites en orbite polaire volent plus bas et offrent une couverture mondiale avec une résolution plus élevée.

Les instruments mesurent la lumière visible, le rayonnement infrarouge et les longueurs d'onde de la vapeur d'eau. Les données recueillies permettent de déterminer la structure des tempêtes, de suivre les cyclones tropicaux, de surveiller les cendres volcaniques et d'estimer les précipitations. Les sondeurs permettent d'obtenir des profils verticaux de température et d'humidité qui complètent les observations effectuées par ballons-sondes.

Le grand public connaît bien les images satellitaires grâce à la télévision et aux sites internet. Dans les services de prévision, ces mêmes données sont utilisées de manière quantitative pour initialiser et valider les modèles. Le réseau mondial de satellites météorologiques constitue un élément essentiel du système d'observation.

Les nouvelles générations de satellites continuent d'améliorer la résolution spatiale et temporelle.