在进行了几十年的地面气象观测之后，20世纪初期，人们又开始向高空进军。最初，人们在力所能及的高山地区设立观测站，测定气压、气温、湿度和风的变化情况。后来，施放氢气球观察高空风向的变化和风力的强弱。30年代，人们发明了无线电探空仪，能探测到几千米到几万米高度的气压、温度、湿度和风向风速的连续变化情况。，所取得的资料都仅仅是局部地区的。
1960年4月1日，美国发射第一颗实用气象卫星“泰罗斯”一号，随后，前苏联、日本、欧洲航天局、印度中国等都先后拥有了自己的气象卫星。
气象卫星是沿着地球上空特定的轨道运行，采用遥感技术对地球进行气象观测的人造卫星。沿着近极地太阳同步轨道运动的叫“极轨气象卫星”，它在地球上空600～1500千米高度运行，轨道近似圆形，轨道平面和太阳光线保持固定的交角，每隔12小时左右以卫星云图的形式向地面发送一次全球性气象资料。
沿着赤道上空圆形轨道运动的气象卫星叫“地球同步气象卫星”，卫星运行角速度与地球自转角速度相等。相对于地球来讲，卫星始终“静止”在赤道某一经度的上空，所以又叫做“地球静止气象卫星”。它在地球赤道以上35800千米处，俯瞰地球南北50个纬距、东西100个经距的圆形范围内的大气和海洋，大约每半小时以卫星云图形式向地面发送一次气象资料。
气象卫星在作为对地球及大气和海洋的观测系统、空间资料搜集站及气象资料的通信线路等方面，起着极其重要的作用。赤道上空布设4～5颗地球静止气象卫星，加上南北极附近上空两颗极轨气象卫星，观测范围就能覆盖全球。
卫星探测资料能推算海水表面温度分布，确定海流位置，识别海水结冰的范围。卫星云图能直观形象地展现出陆地和海洋上的云系、风暴、雨、雾、积雪、沙尘等气象情况。
按卫星遥感仪器选用探测波段的不同，卫星云图分为可见光云图和红外云图。可见光云图是通过测定地球上的物体对太阳光的反射强度得到的，只在白天才有。太阳光的反射的强度愈大，图像就愈白；反射强度愈小，图像愈暗。使用辐射仪测量较长的红外波段得到的云图叫红外云图，昼夜都能得到。辐射量越小，低温区域图像越明亮；辐射量越大，高温区域图像越黑暗。
气象卫星能飞越世界各地上空，观测资料及时，能将资料贮存于星体内，并可由发射国地面站来控制接收。和平时期，它以其最新的气象探测手段造福于人类；战争时期，它作为战略武器配套的技术，对军事气象保障，特别是对以海洋为主要战场的海军气象保障尤为适用。