根据不同探测目的，遥感卫星上装载有不同的遥感器，如可见光相机、红外相机、多光谱扫描仪、可见光-红外扫描辐射计和合成孔径雷达等。根据卫星的主要用途，遥感卫星可分为气象卫星、陆地资源卫星、海洋卫星和军事侦察卫星。根据数据采集和传送方式的不同，遥感卫星也能分为数据传输型卫星和返回式遥感卫星。
气象卫星主要用于探测和监视全球大气、地面和海洋状况。它所获取的遥感数据可以绘制云图、冰雪覆盖图及其它天气图。其主要遥感器为可见光-红外扫描辐射计和甚高分辨率扫描辐射计等。通过气象卫星可以发现旋风、台风和飓风，确定云顶温度和地表温度。除气象应用外，气象卫星遥感数据还广泛应用于海上船舶航行、捕鱼、农作物长势监测、自然灾害监测和冰情预报等众多非气象领域。
气象卫星有两种，一种是极轨气象卫星，另一种是静止轨道气象卫星。极轨气象卫星运行于600～1400千米高度的太阳同步轨道，以1～4千米的分辨率沿飞行轨道对地面数千千米宽的条带进行观测，每天可绕地球运行14圈，能够对全球任一地点观测2次。地球静止轨道气象卫星定位于赤道上空约36000千米地球静止轨道的某一点，可对卫星下方40%的地球进行连续观测。这对监视灾害性天气有很强的时效性，适用于地区性短期天气预报业务。其缺点是对于纬度大于70°的高纬度地区的气象观测能力较差。这两种气象卫星的观测数据各有千秋，互为补充。在国际气象卫星组织的协调下，美国、日本、俄罗斯、印度、欧洲气象卫星组织和中国的气象卫星组成了全球气象卫星业务观测系统，实现了对全球气象状况的不间断观测，每天向全世界免费提供大量有价值的资料。
资源卫星是一种利用星载遥感器获取地球表面图像数据从而进行资源调查的卫星。资源卫星一般运行于700～900千米高的圆形太阳同步轨道，10～30天可观测地球一遍。星上主要遥感器有可见光相机、多光谱扫描仪和红外相机等。现在地球上空运行着美国“陆地卫星”、法国“斯波特”卫星、印度“遥感卫星”和“中巴地球资源卫星”等多颗资源卫星。资源卫星遥感数据广泛应用于国土普查、地质调查、石油勘探、农业、林业普查与规划、工程选址与选线、海岸测绘、地形测绘以及灾害监测与灾情评估等众多领域。它已成为政府、企业迅速获取数据、制定合理政策和规划的技术支撑，并将在构筑数字地球、实现信息数字化等方面发挥重要作用。
海洋遥感卫星是一种探测海洋表面状况、监测海洋动态的卫星。卫星上一般装载有合成孔径雷达、雷达高度计、微波辐射计和红外辐射计等遥感器。它可根据需要获取海洋波浪高度、长度和波谱、海洋风速和风向、海洋温度、海流、环流、海貌和全球水准面等海洋数据。海洋卫星能提供全球海洋连续的、全面的、同步的观测数据，这是其他任何观测手段都不可能实现的。海洋卫星的出现和实际应用，使海洋研究有了突飞猛进的发展，并诞生了一门新的海洋研究学科—卫星海洋学。
