Um satélite meteorológico é um tipo de satélite artificial que é primariamente usado para monitorar o tempo e o clima da Terra. Estes satélites, porém, vêem muito mais do que nuvens e formações de nuvens. Luzes das cidade, queimadas, efeitos de poluição, aurora, tempestades de raios e poeira, superfícies cobertas por neve e gêlo, os limites das correntes oceânicas, etc. são outros tipos de informações ambientais coletadas através dos satélites meteorológicos.

Os satélites de órbita polar passam pelos polos ou perto deles. Os períodos de suas órbitas são de uma a duas horas. Os satélites meteorológicos mais conhecidos no Brasil são os da série NOAA (National Oceanic and Atmosphere Administration, dos Estados Unidos).
Este satélite é heliossíncrono. Ele gira numa órbita que permanece sempre no mesmo plano, enquanto a Terra gira a razão de 15 graus por hora. Entre duas passagens do satélite pelo equador (a cada 101 minutos), o satélite passa por novas regiões, sobre as quais o sol está aproximadamente na mesma posição (na mesma hora solar) que na passagem anterior. Esta característica permite que ele observe a Terra em pontos que têm o mesmo tipo de iluminação. Cada satélite passa pelo mesmo local uma vez a cada 12 horas (uma de dia, outra de noite). Com dois satélites pode-se obter informações quatro vezes por dia.

O programa de satélites NOAA é gerido pela National Oceanic and Atmosferic Administration (NOAA), através do National Environmental Satellite Data and Information Service (NESDIS), e pela National Aeronautics and Space Administration (NASA), que é responsável pelo desenvolvimento e lançamento dos aparelhos.
Este programa começou por se denominar TIROS (Television and Infrared Observation Satellite), e foi desenvolvido pela NASA e pelo Departmento de Defesa dos Estados Unidos, na tentativa de desenvolver um sistema de satélites meteorológicos. Entre 1960 e 1965 foram lançados 10 satélites TIROS. Entre 1966 e 1969, foram lançados 9 novos satélites, denominados TOS (TIROS Operational Satellites), operados pela ESSA (Environmental Science Services Administration), pertencente à NOAA. Em 1970, o TIROS-M recebeu a designação de ITOS (Improved TOS), iniciando-se assim uma nova geração de satélites, que incluíam sensores de infra-vermelhos.

O sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) é o principal instrumento a bordo do satélite Terra (EOS AM-1) e Aqua (que também transporta o HSB (Humidity Sensor for Brazil), sensor brasileiro de umidade atmosférica), um dos Sistemas de Observação da Terra da NASA. O MODIS realiza observações de toda a superfície terrestre a cada 1 ou 2 dias, e adquire dados em 36 bandas espectrais que se situam entre 0.4 e 14.4 mm e se distribuem em diferentes grupos de resolução espacial. Estes dados contribuem para melhorar nossa compreensão da dinâmica global e os processos que ocorrem na terra, nos oceanos e na atmosfera mais baixa.

A órbita geoestacionária é um satélite equatorial que fica permanentemente sobre a linha do equador. Apresenta o período de rotação coincidente com o período sideral de rotação da Terra, portanto, gira com a mesma velocidade de rotação da Terra. Como tem o mesmo sentido de rotação que o da Terra e excentricidade da órbita nula, sempre permanece acima de um ponto e à mesma distância da Terra. O satélite pode observar uma região circular com um raio aproximado de até 70° de latitude. Entretanto, devido às deformações relacionadas à curvatura da superfície terrestre, a área de observação é limitada. Habitualmente, na prática das análises numéricas, os dados dos satélites geoestacionários se restringem àqueles de uma área limitada por um círculo com raio de até 55° de latitude, com o centro no ponto subsatélite, e com raio de até 65° de latitude nas analises qualitativas (não-numérica).

Satélites americanos mantidos pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Os dados são distribuídos pelo National Environmenta Satellite and Information Service (NESDIS). Sua altitude e órbita são semelhantes ao Meteosat. As imagens do globo terrestre são obtidas a cada 30 minutos. O GOES é um dispositivo de 5 canais espectrais sendo um Visível (0,55-0,75 µm), três canais Infravermelhos (3,8-4,0 µm, 10,2-11,2 µm, 11,5-12,5 µm) e o canal de Vapor d'Água (6,5-7,0 µm). No canal Visível, a resolução é 1 km. Nos canais Infravermelhos, a resolução é de 4 km. No canal Vapor d'água, a resolução é de 8 km.

Satélites geoestacionários europeus mantido pela EUMETSAT. A EUMETSAT é uma organização intergovernamental criada em uma convenção internacional que reuniu 17 países europeus. A altitude dos satélites é de 35.800 km. Seu campo de imagem (42% da superfície da terra) é restrito à sua localização sobre na vertical sobre a intersecção do Equador com o meridiano de Greenwich. Equipado com um sensor espectral, ele explora a superfície terrestre por faixas. Para cada pixel desta faixa, se obtém a energia irradiada para diferentes gamas espectrais. Os três espectros do Meteosat são o Visível (0,45-1,00 µm). o Infravermelho (10,5-12,5 µm) e Vapor d'Água (5,7-7,1 µm).