测定自由大气各高度的气象要素，并将气象情报用无线电讯号发送到地面的遥测仪器。由于仪器是在上升（或下降）过程中测量的，空中气象要素随高度有较大的空间变率，要求探空仪感应元件应具有较高的灵敏度、准确度、感应快、量程大，仪器整体体积小、重量轻、牢固可靠，能经受风云雨雪和减少高空强辐射的影响。依据测量内容不同，探空仪分为如下两类：
（1） 常规探空仪：借助探空气球携带升空，是测量高空对流层、平流层气象资料的主要仪器。它由感应器，转换器和发射装置三个部分组成。感应器感应大气温度、气压、湿度等参数，采用变形元件（双金属片，空盒、肠衣）和电子元件（热敏电阻、空盒、湿敏电阻或电容）两类。转换开关轮流将感应元件依次接入变换器，将气象信息变换成电信号。中国制探空仪的变换器采用电码式和变低频式两种。发射装置是一个高频或超高频发射机，以载波方式将气象信息发到地面。
（2） 特种探空仪：在常规探空仪的基础上，根据不同的目的（如测定臭氧、平流层露点、各种辐射通量、大气电场，监视低层大气污染等）或不同仪器施放方式（如气球升空或气象飞机、气象火箭、定高气球下投等）派生了多种特殊探空仪，如臭氧探空仪，火箭探空仪等。