Vệ tinh khí tượng là một loại vệ tinh nhân tạo được dùng chủ yếu để quan sát thời tiết và khí hậu trên Trái Đất. Các vệ tinh khí tượng không chỉ quan sát được mây và các hệ mây. Nó có thể quan sát được ánh sáng của thành phố, các vụ cháy, ô nhiễm, cực quang, cát và bão cát, vùng bị tuyết bao phủ, bản đồ băng, hải lưu, năng lượng lãng phí... và các thông tin môi trường khác được thu thập bởi vệ tinh khí tượng. Vệ tinh có thể quay quanh cực hoặc quanh đường xích đạo.
Ảnh từ vệ tinh khí tượng giúp giám sát các đám tro núi lửa từ núi St. Helens và các hoạt động núi lửa khác như núi Etna. Khói từ các vụ cháy rừng phía Tây Hoa Kỳ như Colorado và Utah cũng được giám sát.
Các vệ tinh theo dõi môi trường khác có thể phát hiện những thay đổi trong thảm thực vật, trạng thái mặt biển, màu nước biển và băng nguyên của Trái Đất. Ví dụ, vụ tràn dầu tàu Prestige năm 2002 ở ngoài khơi bờ biển phía tây bắc Tây Ban Nha đã được vệ tinh ENVISAT châu Âu theo dõi cẩn thận, mặc dù không phải là vệ tinh thời tiết, để có thể nhìn thấy những thay đổi trên mặt biển. Thêm vào đó, vệ tinh thời tiết quan sát được thời tiết toàn cầu.
El Niño và các hiệu ứng thời tiết của nó cũng được giám sát hằng ngày bằng hình ảnh từ vệ tinh thời tiết. Nói chung, các vệ tinh thời tiết phần lớn thuộc sở hữu của Hoa Kỳ, Châu Âu, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga và Nhật Bản cung cấp các quan sát gần như liên tục cho một chiếc đồng hồ thời tiết toàn cầu.