수소 또는 헬륨으로 채운 기구에 기상관측기나 무선발신기를 장치하여 고층 대기나 기상을 관측하는 일. 초기에는 기류(氣流)를 알아보기 위해 작은 기구를 띄웠다. 그 후 사람이 탄 자유기구에 기상관측기를 장치하고 관측하기에 이르렀으며 1862년에는 자유기구를 이용해 1만1,200m 이상의 고공도 관측했다. 현재 기구를 이용한 고층 기상관측 중 중요한 것은 다음과 같다.

① 측풍기구 관측(測風氣球觀測) : 자유기구의 항적(航跡)을 경위의(經緯儀) 또는 래윈 수신 기로 잡아 상층의 공기를 관측.

② 계류기구 관측(係留氣球觀測) : 로프를 기구에 매달아 지상에 연결하고 기구를 높이거나 낮추어 접근층 부근의 기상상태 관측.

③ 라디오존데 관측 : 기구에 소형 기상관측기(氣象觀測器)를 매달아 상층의 오존 · 우주선 등을 포함하는 기상상태를 관측

④ 정고도 비행기구(定高度飛行氣球) : 일정한 등압면(等壓面)을 따라 이동하며, 특정한 높이에서 반구적 규모(半球的規模)로 기류를 조사한다.