A Föld felett magasan keringő meteorológiai műholdak folyamatos képet adnak a felhőkről, a nedvességről, a hőmérsékletről és más változókról az egész bolygón. A geostacionárius műholdak az Egyenlítő egy rögzített pontja felett lebegnek, és néhány percenként küldenek képeket. A poláris pályán keringő műholdak alacsonyabban repülnek, és nagyobb felbontású globális lefedettséget biztosítanak.

A műszerek a látható fényt, az infravörös sugárzást és a vízgőz hullámhosszát mérik. Az adatok feltárják a viharok szerkezetét, nyomon követik a trópusi ciklonokat, figyelik a vulkáni hamut és becsülik a csapadékmennyiséget. A szondák a hőmérséklet és a nedvesség függőleges profiljait rögzítik, amelyek kiegészítik a ballonos megfigyeléseket.

A műholdképek a nyilvánosság számára ismerősek a televízióból és a weboldalakról. Az előrejelző irodákban ugyanezeket az adatokat kvantitatív módon használják fel a modellek inicializálására és ellenőrzésére. Az időjárási műholdak globális hálózata a megfigyelőrendszer kritikus elemét képezi.

A műholdak új generációi folyamatosan javítják a térbeli és időbeli felbontást.