无线电掩星探测仪(GNOS)
GNOS是风云三号02批卫星上的遥感仪器之一。GNOS探测的目标包括：（1）为数值天气预报业务、大气物理研究和气候研究提供全天候的数据；（2）为空间天气研究和业务提供电子密度廓线监测数据。 GNOS的探测原理是利用低轨卫星上的GNSS接收机，接收被地球大气层和电离层遮掩的GNSS信号，进而提取大气和电离层影响附加的延迟量，再通过反演得到大气的折射率、温度、压力、湿度、电离层电子密度等大气、电离层参数。
可见光红外扫描辐射计(VIRR)
可见光红外扫描辐射计有10个1公里分辨率的光谱通道，其中既有高灵敏度的可见光通道，又有三个红外大气窗区通道。可见光红外扫描辐射计主要用途是监测全球云量，判识云的高度、类型和相态，探测海洋表面温度，监测植被生长状况和类型，监测高温火点，识别地表积雪覆盖，探测海洋水色等。
红外分光计(IRAS)
红外分光计是大气探测仪器，主要通过探测地表和大气向上发射的红外光谱波段的辐射，反演得到从地表到约40公里不同高度层的大气温度、湿度分布。红外分光计共有26个光谱通道，为数值天气预报模式提供初始场信息，尤其是在高山、海洋、沙漠等气象台站稀少地区，更有不可替代的作用。利用红外分光计反演得到的大气温度和湿度垂直分布信息还反映了局地大气的稳定度，有助于气象部门对中小尺度天气系统的预报分析。红外分光计资料和微波温度计、微波湿度计资料综合在一起使用，不仅可以提高温度和湿度反演精度，还可以探测云、雨天气过程内部的三维温度和水汽分布结构，为台风、暴雨等灾害性天气过程的监测和预报提供有力支撑。
微波温度计(MWTS)
微波温度计是风云三号A星和B星上的仪器之一，它通过接收探测视场50-60GHz氧气吸收带的微波辐射来探测目标特性，进行大气温度探测。弱氧气吸收带区域能够探测到地表和低层大气的信息，而吸收带中心能够探测到来自高层大气的信息。微波温度计共有4个探测通道，主要用于探测地表发射率和分别来自700 hPa、300 hPa和90 hPa不同高度层上的大气温度状态，由此可以推导出大气温度的垂直分布。微波温度计具有穿透非降水云的能力，从而得到全天候的大气温度分布特征，为数值天气预报、灾害监测和气候变化提供不可替代的信息。
微波温度计(MWTS(II))
新型微波温度计是风云三号02批卫星上的仪器之一，它是周期自定标的全功率型被动微波辐射计，由中国航天科技集团西安分院研制。微波温度计的扫描周期为8/3秒，每扫描线观测90个地球视场，提供星下点分辨率为33km的大气温度垂直分布信息。微波温度计有13个地表和氧气探测通道，频率位于50～60GHz之间，可用于探测地表发射率和地面到6 hPa的大气温度状态，由此推导地表至大气顶不同层次的大气温度垂直分布，是综合垂直大气探测的重要组成部分。微波温度计具有穿透非降水云的能力，可得到全天候的大气温度分布特征，为数值天气预报、灾害监测和气候变化提供不可替代的信息。
微波湿度计(MWHS)
微波湿度计是风云三号A星和B星上的仪器之一。在微波波段的183.31GHz频点，大气中的水汽有最强的吸收线，微波湿度计就选择了183.31GHz作为主探测频点，在其附近设置了三个通道。这三个通道对大气中不同高度层水汽的微波辐射表现出不同的响应，可以用来探测大气850hPa、500hPa和300hPa不同高度层水汽的分布特征。同时，微波湿度计还在150GHz大气窗区设置了双极化探测通道，用于探测地表的背景微波辐射。综合应用微波湿度计五个通道的探测结果可以反演得到大气湿度的垂直分布。
微波湿度计(MWHS(II))
新型微波湿度计是风云三号02批卫星上的仪器之一，它保留了原微波湿度计位于大气水汽吸收线183.31GHz的主探测频点，细分通道后设置有五个探测通道；辅助探测频点位于大气窗区98和150GHz。在118GHz频点增加了一组八个通道，用于大气温度的高空间分辨率探测。新型微波湿度计利用中心频点位于183.31GHz水汽吸收线进行大气湿度的垂直探测，183.31GHz水汽吸收线附近设置的五个通道对大气不同高度层水汽分布特征有不同响应，位于水汽吸收带中心的通道能探测大气上层约300百帕的水汽分布信息，逐渐远离吸收线中心移向翼区的通道，穿透深度逐渐加强，可以探测大气中层400、500和700百帕，以及底层850百帕的水汽分布信息；位于氧气吸收线118GHz附近的一组探测通道在改进对流层顶大气温度探测精度的同时，能辅助提高大气湿度探测精度；位于大气窗区98和150GHz的辅助探测通道能有效探测地表微波辐射特性，综合应用新型微波湿度计多通道信息反演得到高精度大气温湿度垂直分布廓线。新型微波湿度全天候探测全球大气湿度垂直分布，为数值天气预报提供及时准确的大气湿度初始场信息，提升对台风暴雨等灾害性强对流天气的监测预警能力。
中分辨率光谱成像仪(MERSI)
中分辨率光谱成像仪可以探测来自地球大气系统的电磁辐射，得到20个通道的多光谱信息。通过成像，可以实现植被、生态、地表覆盖分类以及积雪覆盖等陆表特性全球遥感监测；仪器第8－16的短波通道为高信噪比窄波段通道，能够实现水体中的叶绿素、悬浮泥沙和可溶黄色物质浓度的定量反演；仪器的2.13微米通道对气溶胶相对透明，结合可见光通道，可实现陆地气溶胶的定量遥感；0.94微米近红外水汽吸收带的3个通道，可增强对大气水汽特别是低层水汽的探测能力；250米分辨率的可见光三通道真彩色图像，可实现多种自然灾害和环境影响的图像监测，监测中小尺度强对流云团和地表精细特征。中分辨率光谱成像仪能高精度定量遥感云特性、气溶胶、陆地表面特性、海洋水色、低层水汽等地球物理要素，实现对大气、陆地、海洋的多光谱连续综合观测。
紫外臭氧垂直探测仪(SBUS)
紫外臭氧垂直探测仪设置了12个通道，这些通道观测数据组合在一起，就可以生成臭氧垂直廓线产品。利用臭氧垂直廓线产品，可以监视不同高度层的臭氧含量变化，为人类保护地球大气臭氧层提供预警信息，为制定保护政策提供参考依据。
紫外臭氧总量探测仪(TOU)
紫外臭氧总量探测仪相当于利用阳光中的紫外线成像的数码相机。太阳发出的紫外线照射到地球表面的大气上，部分紫外线被大气中的臭氧吸收了，这恰恰保护了地球上的生物免遭紫外线的伤害，另一部分则被地表和大气反射到卫星上的臭氧总量探测仪生成紫外图像。紫外图像中含有大气中臭氧总含量信息，通过科学算法可以计算出大气臭氧总含量。风云三号气象卫星每天绕地球转14圈，可获得全球臭氧总量图像。
微波成像仪(MWRI)
光学图像只能看到物体的“表面”，比如我们只能在有光线，而且没有遮挡的情况下看见目标物体的影像。微波具有“穿透”能力，因此微波图像反映了物体的温度和介电特性等信息。比如对海洋表面温度的监测，利用微波仪器我们可以获取白天和夜间的洋面温度信息，而且这些信息的获取不受天气的影响，在有云覆盖的情况下，我们一样可以获取洋面温度信息。不同微波频段具有不同的穿透能力。一般来说，频率越低穿透能力越强。通过选择不同频率进行观测成像，我们可以获取不同的目标信息。风云三号A星上装载的微波成像仪有5个频率，每个频率都有两个极化模式。这些频率的遥感成像能为我们提供全天候、全天时地表温度、土壤水分、洪涝干旱、积雪深度、台风结构、大气含水量等丰富的信息。微波成像仪的观测信息还可以用在数值天气预报模式当中，让我们的天气预报更加准确。
地球辐射探测仪(ERM)
地球辐射探测仪主要用于探测地气系统的辐射收支。它通过0.2-4.3μm短波和0.2-50μm全波这两个宽谱段通道观测地球系统射向太空的辐射，其中短波通道主要观测地气系统反射的太阳辐射，从全波通道观测中扣除反射太阳辐射后得到地气系统射出长波辐射。地球辐射探测仪采用宽视场推扫和窄视场跨轨扫描方式对地球观测，前者提供全球总的辐射收支状况，后者则提供分辨率大约为35Km的地球辐射收支能量的空间分布。
太阳辐照度监测仪(SIM)
太阳辐射监测仪用于监测太阳辐照度的变化，它由三台绝对辐射计组成，按一定角度排列。卫星通过北极附近飞出地球阴影后，当太阳光进入辐射计视场时，开始进行太阳辐照度观测。其中两台辐射计连续观测，另一台间断观测，用于标定连续观测的仪器。每天进行14次大气顶太阳总辐照度观测。辐射计的光谱覆盖范围为0.2-50 ，可观测的辐照度范围为100-1400 Wm-2，灵敏度优于0.2Wm-2, 具有0.5%的绝对定标精度。
空间环境监测器(SEM)
风云三号C星空间环境监测器（FY-3C/SEM）探测卫星运行轨道上的高能质子、电子和重离子。空间环境监测器能够有效的监测这些空间环境状况, 测量空间带电粒子流量，记录空间环境信息，为空间天气监测预警业务提供重要的数据支撑。