軍用氣象衛星是專門用於軍事目的的氣象衛星，一般由多顆衛星組網工作，利用星載各種遙感器拍攝雲圖和獲得其他定量氣象參數，提供全球範圍的戰略和戰術實時氣象資料。與民用衛星相比，軍用氣象衛星具有保密性強、圖像分辨率高等特點。軍用氣象衛星也常常與照相偵察衛星相配合，為其提供與拍攝地區的雲層覆蓋情況，以科學制定偵察路線，避免雲層遮擋，提高偵察效率。軍用氣象衛星獲得的氣象資訊還能用於校正其他軍用衛星的軌道測量和洲際彈道飛彈的飛行彈道，提高衛星的測軌精度和飛彈命中精度。美國的軍用氣象衛星主要有「國防氣象衛星計畫」衛星系列。前蘇聯／俄羅斯的軍用氣象衛星混編在「宇宙」衛星系列中。
美國「國防氣象衛星計畫」（DMSP）作為一個系統，通常情況下有兩顆衛星部署在同一軌道面上，其中一顆每天早上當地太陽時（即以相對於太陽的地球自轉為基準的時間）6時30分左右從南嚮北穿過赤道，另一顆則在每天中午2時左右從南到北穿過赤道。衛星在繞地運行的軌道上每圈可覆蓋和掃描2965千米寬的地球表面，12小時內便可覆蓋全球一次。這種軌道選擇可使衛星每天向軍事部門提供兩次特定地區的雲圖及氣象資料。「國防氣象衛星」攜帶的星載遙感器有7種。光學「線掃描」系統可獲得一定分辨率的可見光和紅外雲圖。白天可見光和紅外雲圖分辨率為560米，夜間可見光通常可攝取1／4月光照射下的雲圖，分辨率為2 780米。該儀器採用橫跨軌道掃描方式，掃描幅寬為2965米。
多光譜紅外探測器可探測無雲或部分有雲地區大氣溫度和水汽的垂直分布以及臭氧總含量等資料。微波溫度探測器可探測有雲地區地表到30千米高空的大氣溫度垂直分布。微波水氣探測器可以探測有雲地區1500米以下、1500～5 000米和5000米至大氣層各層大氣的水氣含量。特殊微波成像儀可探測降水強度、雲中液水含量、地表溫度、冰雪覆蓋、土壤濕度和洋面風速。空間環境探測器組合可探測空間環境、沉積的電子和質子、外界電子、離子溫度和密度、等離子體漂移和起伏、地球磁場變化及電子密度廓線。γ和X射線波譜儀可檢測15～120千電子伏特、45～165千電子伏特和60～375千電子伏特的γ和X射線。
新一代「國防氣象衛星」的主要特點是能進行全球、全天候和全天時觀測，資料分辨率高。星上的可見光系統成像能力很強，紅外、微波等各種測量儀器可以提供分辨率較高的全面氣象資料。由於是軍用氣象衛星，它採用了加密信道，資料只有美軍可以使用。