指借助各种仪器与装备对大气物理和化学特性进行的直接或间接的探测。

大气探测是指对地球大气圈及其密切相关的水圈、冰雪圈、岩石圈（陆面）、生物圈等的物理、化学、生物特征及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定，并对获得的记录进行整理的过程。

其探测对象包括近地层大气、高空大气以及一些特殊区域的大气（如大气边界层、城市热岛环流、峡谷风场、海陆风场等）。

大气探测的发展主要有以下几个时期：

①创始时期。这是在16世纪末发明第一批大气探测仪器以前的漫长时期，这期间发明了相风乌、雨量器和风压板等，其特点是只能定性观察，不能定量测量，亦不能对大气现象进行连续记录。

②地面气象观测开始发展时期。16世纪末，随着气象仪器的发明，开始了气象要素定量测量阶段，但只是测量近地面层。

③高空大气探测的开始发展时期。这时期陆续有人采用系留气球、飞机及火箭等携带仪器升空，进行高空大气探测。 这标志这气象观测进入了立体空间探测阶段。

④高空大气探测迅速发展时期。这时期，苏联、德国、法国、芬兰等国家都开始研制无线电探空仪以及其他高空探测技术，为高空大气探测事业开辟了新的途径。

⑤大气探测的遥感时期。1945年美国首次将雷达应用于气象观测，后来发射了气象火箭和探空火箭，把探测高度延伸到了500千米。

⑥大气探测的卫星遥感时期。这个时期，大气探测不仅从根本上扩大了探测范围，也提高了对大气探测的连续性。

大气探测按照探测方法可分为目测、器测两类。目测指的是凭借目力或借助辅助仪器进行的观测，主要由观测员用肉眼观测，主要应用于气象台站对云、能见度、天气现象及其演变过程的观测。器测又分为直接观测和遥感探测，直接观测指将仪器的感应元件直接置于待测大气之中，根据元件性质的变化，得到描述大气状况的气象参数，例如气压表、温度表、湿度表等；遥感探测指根据电磁波在大气中传播过程中信号的变化，反演出大气中气象要素的变化，例如气象雷达、声雷达（声波大气遥感）、激光气象雷达（激光大气遥感）、红外辐射（红外大气遥感）等。

大气探测系统按照传感器所处位置可分为天基观测、空基观测和地基观测系统。传感器在中层大气之外的为天基观测，主要由低轨卫星和高轨卫星以及相应的地面应用系统组成；传感器在地球表面以上、中层大气及以下的为空基观测，主要由气球探测、飞机探测和火箭探测组成；传感器在地球表面的为地基观测，主要由地面气象观测、地基气候系统观测、地基遥感探测、地基大气边界层观测、地基中高层大气和空间天气监测、地基移动气象观测、地基气象观测运行监控和技术保障等组成。