จากวิวัฒนาการดาวเทียมในยุคอวกาศนักอุตุนิยมวิทยาได้มีเครื่องมืออย่างดีเลิศอีกอย่างหนึ่งในการตรวจอากาศ คือ ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยา(meteorological satellite) ตามธรรมดาแล้วสถานีตรวจอากาศแห่งหนึ่ง ๆ สามารถตรวจสารประกอบอุตุนิยมวิทยาได้เพียงบริเวณเล็ก ๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบางแห่ง เช่น ในมหาสมุทร ทะเลทราย หรือในบริเวณขั้วโลกด้วยแล้วจะทำการตรวจอากาศได้น้อยมากเพราะบริเวณเหล่านั้นไม่ค่อยจะมีมนุษย์อาศัยอยู่ข้อมูลที่ได้รับจากดาวเทียมนี้จึงเป็นประโยชน์ในการช่วยพยากรณ์อากาศและช่วยในการจับภาพพายุไต้ฝุ่นหรือเฮอร์ริเคนได้เป็นอย่างดี
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยามีกล้องสำหรับถ่ายภาพเมฆ และ สามารถส่งภาพกลับมายังสถานีรับที่พื้นดินได้ดาวเทียมสามารถถ่ายภาพเมฆได้เป็นบริเวณกว้างทั้งในมหาสมุทร และ แผ่นดิน ยิ่งกว่านั้นยังเป็นเครื่องมือเฝ้าดูการเกิดของพายุได้ด้วย เช่น การเกิดพายุไต้ฝุ่น เป็นต้น นอกจากนี้ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยายังสามารถวัดรังสีอินฟราเรดที่แผ่ออกไปจากโลกได้ และ ยังจะช่วยในการตรวจฟ้าแลบ การเคลื่อนตัวของเมฆ และ การวัดอุณหภูมิตามระดับต่าง ๆ ได้ด้วยนอกจากนี้ดาวเทียมยังมีประโยชน์ในด้านวิชาภูมิศาสตร์ ธรณีวิทยา เป็นต้น เช่น ภาพดาวเทียมแสดงบริเวณของแม่น้ำ ทะเลน้ำแข็ง หิมะ ซึ่งเป็นข้อมูลที่จำเป็นในการพยากรณ์น้ำท่วม
ดาวเทียมอุตุนิยมวิทยาบางดวงของสหรัฐอเมริกา ได้แก่
ดาวเทียมไทรอส (TIROS ย่อมาจาก Television and Infrared Observation Satellite)
ดาวเทียมนิมบัส (NIMBUS มาจากภาษาละติน แปลว่าเมฆ)
ดาวเทียมเอสสา (ESSA ย่อมาจาก Earth or Environmental Survey Satellite)
ดาวเทียมโนอา (NOAA ย่อมาจาก National Oceanographic and Atmospheric Administration)
ดาวเทียมแอตส์ (ATS ย่อมาจาก Advanced Technology Satellite)