氣象領域是最早應用我國北斗系統的重要應用領域之一。在邊遠臺站和海島，氣象實測數據最先通過北斗導航系統試驗衛星傳到中心預報服務部門。早在北斗導航衛星系統建設之初，在中國北斗第二代導航衛星系統專項管理辦公室的領導下，中國氣象局就開展了基于北斗MEO試驗衛星的北京上空大氣水汽探測試驗，參與了奧運氣象保障，取得了很好的效果。
北斗導航衛星的廣泛應用推進著我國氣象科學技術的發展，特別對我國氣象的基礎觀測業務具有極其重要的影響，從定性走向定量，從陸地走向海洋，從二維探測走向三維立體探測。
北斗導航衛星在氣象領域的應用有兩個方面：
1. 直接應用：衛星定位測速功能可以直接用在北斗探空系統的高精度測風定位上；移動應急和特殊環境氣象數據收集更是對北斗快速通訊功能的直接應用。
2. 定量遙感等深層次應用：利用導航定位系統可定量遙感水汽和電離層電子濃度，海洋氣象參數定量探測等領域是對導航衛星信號遙感的更深度應用。可以提高暴雨暴雪的預報能力和增強近海大風大霧的預報和服務能力。
目前利用衛星導航定位技術測風已成為高空氣象探測的發展主流。全國有幾百個GPS基準站，實時聯網進行導航衛星探測大氣水汽和電離層電子濃度業務探測。利用導航衛星反射信號探測海風海浪的技術也成為海洋氣象探測的重要手段。發展衛星掩星廓線探測已成為未來氣象關注的重要領域，在長期地面試驗基礎上，很快會在我國風云三號氣象衛星第三顆星上實現。
基于北斗導航衛星的大氣、海洋和空間監測預警應用，將通過對臺風結構的探測提高臺風路徑的預報能力，探測水汽輸送，通過岸基探測海風海浪，增強近海天氣預報的精度。通過衛星探測手段的提升，提高對關鍵氣象災害的預報能力。
在北斗導航衛星的技術支持下，近年來我國在氣象災害預報和防災減災能力有了較大的提高，在奧運國慶等重大氣象保障中發揮了重要作用。我國是世界上自然災害最嚴重的國家之一，氣象災害就占70%以上，增強防災減災，構筑全方位、全時空、快速反應的氣象服務體系，對于保持經濟社會持續快速健康發展具有重要意義。
氣象部門的行業化應用，也是對我國北斗產業化的一個重要支撐。我國高空探測系統全面實現用自主的北斗探空系統升級換代后，每年需要消耗北斗探空芯片近20萬片，全國GNSS水汽電離層探測站網也需要用我國北斗接收機逐步更換進口設備，這些在支撐北斗產業化的同時，反過來還將推進我國對北斗高精度接收機的研發，提高我國高精度接收機的研制技術。此外，發展北斗電離層監測系統還可以改善北斗單頻接收機的定位效果，促進北斗接收機的性能改善，推進北斗應用產業的更大發展。