向日葵8號（Himawari 8）衛星首張全彩合成PNG雲圖
气象卫星大致可以分两类：同步卫星和极轨卫星。[1]
同步衛星
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同步气象卫星在距赤道海平面35,786公里高之地球靜止軌道处环绕地球。它的轨道可以使它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，因此它可以不断地向地面输送地球表面一个地区的可见光和红外线图片。一般新闻报道使用的图片都是同步卫星的图片。
目前正在运行的同步气象卫星有中国的FY-2H和FY-4A，美國的GOES-16和GOES-17，日本的Himawari-8，欧盟的Meteosat 8和Meteosat 11。
主要静止轨道气象卫星
代号
所属组织
定点位置
分辨率(km)
FY-4A
CMA
104.7°E
0.5-4
GOES 16
NOAA
75.2°W
0.5-2
GOES 17
NOAA
137.2°W
0.5-2
Himawari 8
JMA
140.7°E
0.5-2
Meteosat 8
EUMETSAT （页面存档备份，存于互联网档案馆）
42.0°E
1-3
Meteosat 11
EUMETSAT （页面存档备份，存于互联网档案馆）
0.0°
1-3
俄罗斯的同步气象卫星位于莫斯科南部的赤道上，称为GOMS。
印度也有用于观测气象的同步卫星。
極軌衛星
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极轨卫星在离地面720至800公里的轨道上运行，它们的轨道通过地球的南北极，而且它们的轨道是与太阳同步的，也就是说，它们每天两次飞越地球表面上的一个点，而且总是在同一个钟点。美国、中国、印度和俄罗斯拥有极轨气象卫星。
气象卫星的图象对于外行者来说也是很容易理解的，云、云的系统、冷暖鋒、台风、湖泊、森林、山脉、冰雪、火灾、烟雾、油迹等污染现象都一目了然。假如把一系列的照片连到一起看云的变化和发展，那么连风都可以看到。
有经验的专业人员可以分析气象卫星的红外线图象，通过它他们可以确定云的高度和类型、计算地面和水面的温度，他们可以确定海面的污染、潮汐和海流。对航海业来说，海流的信息是非常重要的，因为他们依此可以制订省油的航线。渔民和农民希望知道地面或海面的温度，来保护他们的作物受冻或提高他们的捕获量。连厄尔尼诺现象都可以被转化成图象。红外线图片测量地面的温度，可以用来预报火灾发生的可能性。一般这些红外线图象是灰色的，但通过计算机处理它们可以变成多色的，来提高它们的对比度。
观察山上的冰雪情况可以提供年内河流供水的情报，为防汛和灌溉提供宝贵的预报。除此之外海面上冰山的情况对航海业来说也是非常重要的。对海流的观察还可以提供对泄露油毯的发展的预报。
气象卫星对沙暴的观察对人类对这个现象的理解和预报起了非常重要的作用。比如每年春天中国的沙暴可以一直跨越太平洋到达美国。在非洲每年夏季大量撒哈拉沙漠的沙暴被刮进大西洋，有时可以到达南美洲。
世界上目前分辨率最高的气象卫星是美国国防部的气象卫星DMSP。它的飞行高度是720公里。它可以分辨出地面上油车大小的物体。而且它可以在夜里拍可见光的照片，它利用的是月光来照明。它拍的城市灯光、火山爆发、大火、闪电、流星、油田和极光的照片是非常动人的。这些图片可以用来计算一个地区使用能源的量。天文学家用它们来确定一个观察点的光污染程度。