Mengorbit tinggi di atas Bumi, satelit cuaca memberikan pandangan berkelanjutan tentang awan, kelembapan, suhu, dan variabel lainnya di seluruh planet. Satelit geostasioner melayang di atas titik tetap di khatulistiwa dan mengirimkan gambar setiap beberapa menit. Satelit yang mengorbit kutub terbang lebih rendah dan memberikan cakupan global dengan resolusi lebih tinggi.

Instrumen mengukur cahaya tampak, radiasi inframerah, dan panjang gelombang uap air. Data tersebut mengungkapkan struktur badai, melacak siklon tropis, memantau abu vulkanik, dan memperkirakan curah hujan. Alat pengukur suara (sounder) memperoleh profil vertikal suhu dan kelembapan yang melengkapi pengamatan balon.

Citra satelit sudah dikenal publik melalui televisi dan situs web. Di kantor peramalan cuaca, data yang sama digunakan secara kuantitatif untuk menginisialisasi dan memverifikasi model. Jaringan satelit cuaca global merupakan komponen penting dari sistem pengamatan.

Generasi satelit baru terus meningkatkan resolusi spasial dan temporal.