衛星運行原理
極軌氣象衛星的運動採用近極地太陽同步軌道，衛星軌道平面和太陽光線保持固定的交角。衛星每天差不多在固定的時間經過同一地區兩次。極軌氣象衛星的軌道接近圓形，飛行高度約為600～1500公里，衛星傾角約為81度～103度，每條軌道都經過高緯度地區。地球自轉，使一個極軌衛星每隔12小時左右就可以獲得一次全球的氣象資料。
衛星運行時，衛星上裝備的儀器對地面所取的方向，稱為衛星的姿態。如果儀器不是正對地球表面，拍攝照片時照相機是傾斜的，所得照片在各處的比例差別很大，有的區域被拉長，有的區域被壓縮，雲圖的定位誤差就比較大。為了提高定位精度，應儘量使衛星攜帶的儀器正對地球表面。所以，在氣象衛星上，採用了各種姿態控制技術，70年代以來，投入使用的氣象衛星已採用三軸地球定向姿態，保證遙感儀器時刻對準地球，姿態控制精度達到了正負0.1度以上。這樣，不但提高了觀測精度，也增加了有效觀測時間。
衛星工作儀器
衛星上攜帶的電視照相機可以在白晝拍攝可見光雲圖，而掃描輻射儀則無論在白晝和黑夜都能拍攝紅外雲圖。20世紀70年代的掃描輻射儀主要採用兩個波段：—個在0.52～0.73微米(可見光)，另一個在10.5～12.5微米(紅外)。外界輻射由旋轉的掃描反射鏡反射後，經過聚光和濾光後到達可見光感應元件和紅外感應元件上。掃描反射鏡同旋轉軸成45度角，旋轉軸和衛星飛行方向一致。掃描反射鏡每轉動一周，分別對著外空(外空是溫度約為3K的輻射源)和衛星內的恆溫黑體各掃描一次。用這兩個信號作為校準點，可以得出所測地球和大氣的輻射數值。掃描線和衛星軌道垂直，隨著衛星的前進和地球的自轉，掃描出長條形的雲圖。
在紅外雲圖上，不同的亮度代表不同的溫度，對流層大氣的溫度是隨高度降低的，因此由雲頂溫度可判別雲頂高度。在可見光雲圖上，雲頂和雪面對陽光反射率相近，都是白色，很難區分，而在紅外雲圖上，卻可以由它們亮度的差別區分開來。衛星雲圖的水平解析度各不相同，最高解析度可達1公里左右。
氣象衛星攜帶的紅外探測器通過濾光或分光設備可以測量地球和大氣向衛星發出的不同波長的紅外輻射強度。由衛星上用紅外探測器接收到的若干不同波長的紅外輻射強度，根據紅外大氣遙感原理，可以計算各地晴空大氣溫度和濕度的鉛直分布。但在雲量較多時，雲的影響難以消除，雲層內部和雲層以下的溫度和濕度的分布無法用紅外探測器進行探測。
氣象衛星上攜帶的微波輻射儀，根據微波大氣遙感原理，可以探測雲上和雲下的大氣溫度和濕度的分布，以及雲中含水總量和雨強的分布。當海面的風速增加時，波浪造成的泡沫，使海面向上空發射的波長為1.55厘米的微波輻射增強，在衛星上測得的這個波長的微波輻射，可用以推算海面風速的分布。
大氣中的臭氧能吸收太陽發出的紫外輻射。利用衛星上的紫外光譜儀測量大氣向衛星散射的太陽紫外輻射強度，可以算出大氣中臭氧的分布。
平板輻射儀用於測量地球和大氣向上發射的紅外輻射總能量，以及地-氣系統反射太陽輻射總能量的一種儀器。探測所得的資料用於研究地球和大氣輻射收支和氣候變化的規律。
空間環境監測器是用來測量太陽發射的質子、a粒子和電子的通量密度的一種儀器，為高層大氣物理和日地空間物理研究提供資料。
衛星成就
自60年代初期以來，氣象衛星已經有近50年的歷史，它由低軌道發展到高軌道；由旋轉穩定發展到三軸定向的姿態控制； 由單波段的定性二維探測發展到多波段的定量三維探測；由比較單純的氣象試驗發展到多學科的綜合套用。並已廣泛採用數字資料傳送方式，以代替過去的模擬信號傳送。地球同步氣象衛星和極軌氣象衛星，在世界天氣監視網中已經發揮了並將繼續發揮巨大的作用。
