Спутниковые методы позволяют получать информацию о многих характеристиках атмосферы в планетарном масштабе и на протяжении больших промежутков времени. На спутниках измеряются все метеорологические и радиационные характеристики, перечисленные при изложении ракетных методов. Кроме того, со спутников ведется наблюдение за облачностью, осадками, измеряется радиационный баланс системы Земля — атмосфера, проводится термическое зондирование атмосферы. Нас интересует измерение рассеянного излучения атмосферы.

Основной радиационной характеристикой, измеряемой со спутников, является поле восходящего, т. е. направленного вверх, рассеянного всей атмосферой солнечного света, а проще, со спутников измеряются спектральные характеристики яркости и поляризация небосвода, „опрокинутого на Землю". Выбираются участки спектра, в которых нет сильных полос поглощения или излучения газов атмосферы (СО₂, H₂О, О₃ и других). За несколько часов полета спутника удается получить информацию о характеристиках рассеяния атмосферы (в определенном направлении наблюдения) со всего земного шара, в том числе и с труднодоступных для наблюдений океанов, пустынь, горных и полярных районов.

Со спутников и орбитальных станций удалось обнаружить и исследовать тонкие слабосветящиеся слои атмосферы при наблюдении их вкось, почти вдоль слоя, под малыми углами к горизонту. При таком наблюдении путь луча зрения в слое, а значит, и яркость рассеянного света увеличиваются во много раз. Со спутников, орбитальных станций и пилотируемых космических кораблей получена интересная информация об аэрозольных слоях, перламутровых и серебристых облаках, полярных сияниях и других явлениях.

Очень много нового дали наблюдения со спутников вблизи сумеречного и дневного горизонтов. Яркий свет сумеречного ореола удавалось измерять с очень больших высот. В создании яркости в сумеречном ореоле главную роль играет однократно рассеянный свет, дающий наибольшую интенсивность рассеяния под малыми углами.

Измеряя угловое распределение яркости внутри сумеречного ореола и решая обратную задачу теории рассеяния, получают высотный ход коэффициента аэрозольного рассеяния.