Наиболее простым видом аэрологических наблюдений является ветровое зондирование, т. е. наблюдения над ветром в свободной атмосфере с помощью шаров-пилотов. Так называются небольшие резиновые шары, наполняемые водородом и выпускаемые в свободный полет. Наблюдая в теодолиты за полетом шара-пилота, можно установить скорость и направление ветра на тех высотах, на которых летит шар. В настоящее время при аэрологических наблюдениях над ветром все шире применяются методы радиообнаружения, т. е. радиопеленгация радиозондов и радиолокация (радиоветровое зондирование), обеспечивающие получение сведений о ветре при наличии облачного покрова. Наблюдения над ветром, помимо их научной роли, имеют непосредственное значение для обслуживания действий авиации. Такое, же значение имеет и описываемое ниже температурное зондирование.
Температурным зондированием называются регулярные (обычно два раза в сутки) выпуски в высокие слои атмосферы шаров-зондов с резиновыми оболочками достаточно большого размера, к которым прикреплены автоматические приборы для регистрации температуры, давления и влажности воздуха. До тридцатых годов эти приборы — метеорографы — давали только запись наблюдаемых величин на ленте самописца. На той или иной высоте шар, раздуваясь, лопался, а прибор спускался на землю на втором, дополнительном шаре или на парашюте. Однако возвращение прибора в место выпуска зависело при этом от случая, и не могло быть речи о срочном использовании наблюдений. С 1930 г. распространился метод радиозондирования (впервые примененный в СССР). Прикрепленный к шару прибор — радиозонд, находясь еще в полете, посылает радиосигналы, по которым можно определить значения метеорологических элементов в высоких слоях.
Метод радиозондирования создал переворот в методах аэрологических наблюдений и во всей современной метеорологии. Радиозондовые наблюдения можно без всякого промедления использовать для службы погоды, что особенно повышает их ценность. Благодаря радиозондированию несравнимо возросли наши знания о слоях атмосферы до высоты 30—40 км. Однако точность показаний современных радиозондов еще недостаточно велика.
Радиозондирование вытеснило другие методы температурного зондирования — подъем метеорографов на змеях, привязных аэростатах, самолетах и пр. Самолет остается, однако важным средством для специальных сложных наблюдений, требующих участия наблюдателя, например для изучения физического строения облаков, для актинометрических и атмосферно-электрических наблюдений. Для тех же целей применяются аэростаты, а изредка стратостаты с герметически закрытыми гондолами. Последний рекорд высоты подъема на стратостате в США близок к 35 км.
В последние годы начали практиковать выпуски шаров без людей не только с радиозондами, но и с более сложными автоматическими приборами для разного рода наблюдений. Такие шары большого диаметра с оболочкой из полиэтилена (трансокеанские зонды) достигают со значительным грузом приборов высот порядка 30—40 км. Они могут лететь на определенной заданной высоте (точнее, на заданной изобарической поверхности, т. е. в слое с одним и тем же атмосферным давлением) , находясь при этом в воздухе много дней подряд и передавая радиосигналы. Определение траекторий полета таких шаров имеет значение для изучения переноса воздуха в высоких слоях атмосферы, особенно над океанами и в низких широтах, где сеть аэрологических станций недостаточна.
Для исследования еще более высоких слоев атмосферы производят выпуски метеорологических и геофизических ракет с приборами, показания которых передаются по радио. Потолок подъема ракет в настоящее время стал уже неограниченным.
В 1957—1958 гг. в СССР, а затем в США удалось запустить, первые спутники Земли с автоматическими приборами в высшие слои атмосферы. Теперь уже большое количество таких спутников вращается вокруг Земли, причем орбиты некоторых из них достигают высот в десятки тысяч километров. С 1960 г. регулярно запускаются так называемые метеорологические спутники, предназначенные для исследования нижележащих слоев атмосферы. Они фотографируют и передают телевизионным путем распределение облачности по Земному шару, а также измеряют поступающую от земной поверхности радиацию.
Кроме того, важным методом исследования высших слоев являются наблюдения над распространением радиоволн.
