地球上有兩種氣象衛星：地面靜止衛星和極地軌道衛星。地面靜止衛星，即地球靜止業務環境衛星（GDES），距離地面約22,000英里（35,000千米），在赤道上空幾乎靜止，能夠提供晝夜不斷的監測。而極地軌道衛星，即極地控制環境衛星（POES），則沿著從北到南的軌道運行，每兩小時經過一次極地附近，對地球余下區域進行監測。電視氣象播報中常見的衛星圖片是由地面靜止衛星拍攝的，它們使用紅外線技術來探測空氣中的水汽含量。紅外線在波長為6.7微米時，容易被水汽吸收，因此水汽含量越高，吸收的能量就越多。此外，紅外線還可以用來評估云頂部的溫度，這對于預測風暴等活動至關重要。微波數據則具有獨特的作用，因為微波能夠穿透云層，損失的能量較少。例如，通過監測冰和雪發出的微波頻率，可以追蹤它們的分布。衛星的壽命通常只有幾年，這為科學家提供了不斷發射新衛星和改進技術的機遇。在過去20年中，人類對大氣層的研究取得了顯著進展。例如，通過極地軌道衛星監測到的紫外線反射量，可以準確地追蹤南極“臭氧空洞”每年的變化。1995年，美國發射了一顆專門監測云內部和云到地面閃電的衛星。研究發現，閃電的活躍程度遠低于科學家此前的預期。此外，一些衛星裝備了雷達設備，用于測量海洋表面的高度（水溫的指標）和大海的風暴潮（海面風速的指南）。這些數據對于理解和預測海洋天氣至關重要。