पृथ्वी से काफी ऊपर परिक्रमा करते हुए, मौसम उपग्रह पूरे ग्रह पर बादलों, नमी, तापमान और अन्य कारकों का निरंतर अवलोकन प्रदान करते हैं। भूस्थिर उपग्रह भूमध्य रेखा पर एक निश्चित बिंदु के ऊपर मंडराते हैं और हर कुछ मिनटों में चित्र भेजते हैं। ध्रुवीय परिक्रमा करने वाले उपग्रह पृथ्वी से नीचे उड़ान भरते हैं और उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ वैश्विक कवरेज प्रदान करते हैं।

ये उपकरण दृश्य प्रकाश, अवरक्त विकिरण और जलवाष्प की तरंग दैर्ध्य को मापते हैं। इन आंकड़ों से तूफान की संरचना का पता चलता है, उष्णकटिबंधीय चक्रवातों की स्थिति का पता चलता है, ज्वालामुखी की राख की निगरानी की जाती है और वर्षा का अनुमान लगाया जाता है। साउंडर तापमान और नमी के ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल प्राप्त करते हैं जो गुब्बारों द्वारा किए गए प्रेक्षणों के पूरक होते हैं।

उपग्रहों से प्राप्त चित्र टेलीविजन और वेबसाइटों के माध्यम से आम जनता के लिए परिचित हैं। मौसम पूर्वानुमान कार्यालयों में इन्हीं आंकड़ों का उपयोग मॉडलों को आरंभ करने और सत्यापित करने के लिए किया जाता है। मौसम उपग्रहों का वैश्विक नेटवर्क अवलोकन प्रणाली का एक महत्वपूर्ण घटक है।

उपग्रहों की नई पीढ़ियां स्थानिक और लौकिक संकल्प में लगातार सुधार कर रही हैं।