气象是风、雨、雷电等大气现象的总称，人造卫星也可以用于气象观测，它运行于宇宙空间，俯视地球，用照相机和摄像机夜晚用红外照相机拍摄云的形状、云层的分布，观测台风、积雪、流冰等，再把这些卫星云图送回地面，用于气象预报。这样的卫星叫做气象卫星。
气象卫星是诞生较早，发展较快的卫星种类。
世界上第一颗气象卫星名叫“泰罗斯1号”，由美国于1960年发射升空。据制造这颗卫星的美国无线电公司航宇电子部卫星计划主任阿贝·施纳弗回忆时说：“在短期内必须装配4.2万个独立组件，包括两架1.7瓦功率的小型电视摄像机、电视磁带录像机、发射机、太阳电池以用蓄电池，安装在直径1.07米、高0.55米的圆柱筒内，造价要低，18个月就要交付使用。”“泰罗斯1号”卫星重128千克，自旋稳定，飞行高度为720千米，设计寿命3年。实际只工作89天，向地面接收站发回22952幅彩色云图。在卫星运行的第九天，美国气象局根据卫星图像分析出澳大利亚里斯班东部980千米上空有一次台风，并立即通知澳大利亚政府作好防范准备。
当时卫星的首要任务是证明卫星图像能否用于天气预报，其次，用卫星上红外辐射计测量地球吸收太阳辐射热和平辐射的平衡，以了解有关地球大气中的能量参数最后，验证对地观测新技术。但第一颗“泰罗斯”卫星未装有红外照相机，只能先满足气象学家对观测地及其云层分布图的需求。卫星拍摄的图像储存在磁带上，当卫星飞越地面站和夏威夷的蒙纳森，纽约的凯纳角，阿拉斯加的费尔班克斯，弗吉尼亚的瓦鲁普斯岛以及加利福尼亚的穆古角等地面站时，卫星向这些站重新播放。播完后，又由地面指令照相机重气象卫星的主要缺点是：磁带储存能力有限，每圈轨道获得的地球图像不超过32幅。卫星轨道倾角48度或58度，因此拍的地球图像只表明60度或65度纬度的陆地和水团，卫星的最大优点是：它能满足世界气象学家需要的地球云图。只要气象学家想知道地球上什么地方的云图，马里兰州的苏特兰国家气象卫星中心就决定卫星上照相机在什么地方开机另外，卫星也适用特殊需要。例如，美国和加拿大用卫星侦察冰情，科学探险队、国际印度探险以及大西洋赤道探险都能利用卫星图片。在“泰罗斯1号”卫星运行的3个月寿命中，每周发回4000幅新的地球图片。1960年～1965年，美航宇局发射了10颗“泰罗斯”系列的气象卫星，获得约50万幅地球图片。
美国航宇局“泰罗斯”系列卫星获得了丰富的经验，有力地促进了实用气象卫星的迅速发展，进而开创了一门新的学科——卫星气象学的发展。这是利用气象卫星云图及其资料来研究和分析天气的变化，并准确地预报天气。分析卫星天气图是极其复杂的工作。就云的分类而言，世界气象学组织作出10种不同类型，而在卫星图像上只有3种符合以上的分类，其余的图像都是过去未曾发现的，须通过计算机进行分辨，并与通常天气图比较。
气象学家从10颗“泰罗斯”卫星提供的大量新的气象资料中，看到了梦想不到异乎寻常的天气变化。卫星电视摄像机拍下一层一层随风移动的云图，从中发现了许多螺旋形结构包括气旋结构。从1962年起，美国气象学家卡诺维尔用“泰罗斯”卫星云图确定了新的云型目录，他根据卫星云图的亮度、形成、颜色、高度，形状以及大小对云进行分类。一年之后，云型目录再扩大，最后确立了评价卫星图像的主要原则，从而奠定了卫星气象学的基础。
气象学家对卫星云图的分析，从1962年4月15日起，又援用了16世纪采用的云层分析法，美国用传真把卫星云层分析结果发送到纽约和旧金山，再由国家无线电服务局向全世界其他地方广播。例如，纽约无线电台对伦敦、巴黎、法兰克福、罗马、开罗、布达佩斯以及莫斯科广播，旧金山无线电台向墨西哥、塞内加尔、澳大利亚以及许多其他国家广播。很快，120多个国家建立了接收站。但“泰多斯”卫星图片很少用于每天天气预报，因为必须经过6～8小时气象员才能收到卫星图像。同时，“泰罗斯”卫星是极区低轨道卫星，不能拍摄全球天气图。1963年底，通过改进卫星轨道及采用定向技术，尽量地扩大覆盖面，使世界大多数国家都能收到卫星云图。
美国“泰罗斯8号”试验了新的可见光及红外电视摄像机和全球自动图像传输系统，该系统有直接对小型天线和室内传真机传输云图，这使一些小国家可以直接获得卫星气象资料。1965年1月22日入轨的“泰罗斯9号”号称为第一颗“旋转卫星”，也就是说，卫星绕地滚动运行，白天在近极区轨道。星上两侧相隔180度的两架电视摄像机，宛如车轮围绕着地球旋转。因此可消除地球图像的失真。卫星轨道倾角81度，甚至可观测两极范围。地面控制站让卫星轨道每天向西移动一度，以获得最佳观察地球条件。只要卫星有足够磁带，就能实现全球观察，以满足世界气象学家们评价全球云图的需求。
美航宇局于1964年8月发射了第一颗“雨云”卫星，它比“泰罗斯”卫星重3倍多，采用三轴稳定系统。这是新系列实验卫星，其目的是为满足美国气象学家和遥感专家研究大气的需要。此研究要求使用每天监测地天大气的先进无源辐射计和光度计，为长期天气预报提供依据研制和评价新的有源和无源遥感器，以测定大气组分，绘制地面特征图发展用于气象及其他地球观测卫星的先进空间技术、地面判读以及处理技术研究探测其他卫星大气的新方法通过扩大每天观测全球天气的能力，参加全球天气研究计划，最后可补充实用气象资料。“雨云”卫星结构特殊，两侧有太阳电池翼，入轨展开后似一只蝴蝶展翅飞翔在空间，它的高分率式外辐射计和可见光照相机不停地拍照。“雨云1号”卫星只工作了26天，寿命虽短，但向地球传输的图片比工作三个月的“泰罗斯1号”卫星还多。到1978年先后有7颗“雨云”卫星上天，其中“雨云7号”绘出了第一幅大气层中臭氧含量的全球图，它的结构及其各种实验为1972年发射的“陆地卫星1”提供了设计依据。
前苏联自1966年发射“宇宙144号”卫星之后，才向外透露拥有两种类型的气象卫星。星上除装有电视摄像机和红外感测器外，一种采用蓄电池作为电源另一种以太阳电池翼获得电源，姿态控制采用三轴稳定。从“宇宙156号”卫星起进入准实用气象卫星阶段，并将其命名为“流星1号”气象卫星，它是1969年3月从军用发射场普列谢茨克发射的，属于极轨道卫星：近地点644千米，远地点713千米，倾角81度。从此，前苏联实现了日常卫星天气预报，开始了它的气象卫星发展史。在1小时内，卫星拍摄的地球图片覆盖约3万平方千米面积，夜间用红外辐射线拍摄地面、海洋以及云中热辐射图片。美国从观察前苏联交换的卫星天气图分析认为，前苏联气象卫星技术进步很快。
除上述“流星1号”外，1975年7月1日，前苏联又发射了“流星2号”，轨道有所提高，近地点839千米，远地点897千米，倾角81.2度。卫星有改进的感测器，如2个通道的电视摄像机，分辨率250米还有德国造的三通道微波辐射计、干涉仪、测量辐射量强度的四通道分光计，以及高空大气观测红外扫描辐射计等。前苏联气象卫星通常在极轨道上保持三颗，每隔6～12小时飞越观察地区，并将数据传输给地面站。卫星重两吨，寿命不足2年。“流星3号”气象卫星的轨道继续提高，在1228千米与1190千米高度之间的轨道上，倾角86.2度。卫星除了标准自动图像传输系统外，装有红外系统测量云层的温度和地面温度，也装有测定臭氧层系统。由于前苏联气象卫星寿命短，每年必须发射2～4颗“流星”系列的气象卫星，以保持长年不断地气象观测。
前苏联“宇宙184号”气象卫星侧重拍摄靠近前苏联南极“和平村观测站”周围的气象和冰图。那里没有地面气象站。1967年12月，前苏联赴南极考察船“维特寒”号海洋船就靠接收“宇宙184号”卫星的图像，避开了南极洲的冰川和巨大浮冰块，安全到达目的地“和平村”。
我国于1988年9月7日首次发射了一颗与太阳同步轨道实验性气象卫星，卫星进入近圆形轨道不久，就发回了气象信息。这使我国成为继美国、前苏联之后，第三个具有研制和发射太阳同步极轨气象卫星的国家。
这颗命名为“风云1号”的气象卫星，是用“长征4号”火箭在太原发射中心发射的。“风云1号”主要用于观测大气环流及运动规律，海洋水色及浮游生物和空间粒子，为中长期天气预报提供全球性资料，为农林、海洋渔业、环境监测等领域提供服务。
“风云1号”气象卫星星体呈六面体1.4米×1.4米×1.2米，星体外测对称安装6块太阳电池帆板，全部展开后星体总长8.6米，6块帆板上共装有14000片太阳能电池，可产生800瓦电力，电池效率为11.5％～12％。卫星轨道高度900是延时图像传输发射机。
1990年9月3日，我国又发射了“风云2号”气象卫星。
这是由“长征3号”运载火箭发射的地球静止轨道气象卫星，定点于东经105度地球轨道上空，覆盖以中国为中心的约1亿平方千米的地球表面。
该卫星呈圆柱形，直径2.1米，高16米，表面粘贴了近20000片太阳能电池片，起飞时总质量1330千克，设计寿命3～4年。有效载荷为多通道扫描辐射仪，用犛波段数传和云图转发器使用波段数据收集和天气云图广播转发器，指标为国内通道100个，国际通道33个。
它的主要用途是：利用多通道扫描辐射计获取白天可见光、昼夜红外云图及水汽分布图，收集气象、海洋、水文等部门数据，收集平台的观测数据，监测卫星和空间环境参数。
欧空局已发射了3颗实验气象卫星：1977年发射的第一颗实验气象卫星共发回3000幅高质量云图，第二颗入轨不久出现故障1987年，第三颗进入静止轨道欧空局发射过几颗气象卫星？
工作6年，这是欧洲第一代气象卫星。卫星不仅具有观测气象的能力，而且也带有通信卫星和数据中断卫星的功能，可中断数以百计的海上浮标、探空气球以及地面气象站收集的天气资料。卫星给地面中心传输数据和图像，经过中心的计算机处理后再发送给卫星，由卫星直接传输给用户。第二颗气象卫星还有预报气旋的能力，如1980年成功地预报出法属留尼汪岛的破坏性气旋。
欧洲成立了由17个国家参加的欧洲气象卫星组织，总部设在联邦德国。1988年7月，该组织开始发射第一代三颗实用气象卫星中的第一颗，另外两颗分别在1990年11月和1991年入轨。新的实用气象卫星装有一台多通道可见光和红外辐射计、一台20个通道热红外探测器、一台微波辐射计以及一台数据收集器。到1990年，欧洲气象卫星也能观测全球及海洋每一个角落的气候变化，从而能提出5天以内的可靠天气预报。欧洲气象卫星组织除向成员国提供每天天气预报、云图和资料外，还向非洲一些国家供应天气预报。设在联邦德国的达姆施塔特卫星操作中心监视控制卫星，中心专用地面站装有15米直径天线进行卫星遥测、遥控和指令。
印度也拥有三颗静止轨道多用途卫星，用途之一就是气象观测，每30分钟发回一幅可见光和红外全球云图。
在今后的一段时间里，气象卫星资料可能提供服务的领域将进一步扩展，除原有范围外，还将可分辨出飞机难以发现的火源、余火、风向和火场位置、强度，还可用于搜索和救援等。随着科技的发展，气象卫星必将在各个领域发挥更大的作用。