高空气象站是指设在陆地或海上实施
高空气象观测的场所，又称高空站，其主要任务是定时施放测风气球和
探空气球探测高空气象要素值，并将获取的资料按
世界气象组织规定的统一格式整理、编报，通过通信系统传输给有关部门。
设备和场地除施放的
无线电探空仪外，主要有探空信号接收机和记录设备。气球追踪系统，在陆地主要有光学经纬仪、
无线电经纬仪、一次或二次
测风雷达；在船舶上常用导航测风方法或无线电测风仪 。根据处理记录的自动化程度,有计算工具或计算机系统。其他还有制氢设备等。有的站尚有检查校准
探空仪或
测风仪的设备。气象站观测点周围要求空旷，无高大建筑物或其他障碍物，盛行风的下风向要求平坦。
高空气象站使用的常规探测气球升速一般为6～8米/秒，约上升到30千米高空后自行爆裂。
探空气球是人类研究
平流层的重要工具，在气象学发展和天气预报工作中探空气球起到了重要作用。
世界各地的高空气象站每日按规定进行定时观测。各高空站观测时间，全球统一为世界时00、06、12、18时（每天4次），或00、12时（每天2次）。根据任务的不同，在中国每日07时、19时(北京时)观测两次或每日01时、07时、13时、19时(北京时)观测四次高空大气状况。
每次定时高空气象观测的结果，编成电码，在规定时间内，发至指定单位。高空气象观测人员，在探空仪施放前的若干天内，需对探空仪进行仔细检查，并准备好充足的
氢气，处理好
探空气球，对探空仪的
无线电发射机及电池进行测试检查。在施放探空仪前1～1.5小时，将准备施放的探空仪拿到百叶箱内暴露，在施放前半小时，进行基值测定，并进行初算，初算的结果用来对气象要素进行基值订正。在规定的观测时刻，施放探空气球，接收信号，并用经纬仪或测风雷达跟踪气球。然后整理记录，编发电报，并按规定编制报表上报。
为了掌握全球大气的变化规律，全球的高空站已超过1000个。根据天气分析预报的要求，一般陆地站间距离不超过 300公里，海洋及人烟稀少地区不超过1000公里。实际上海洋及荒漠地区的站网密度尚未满足要求。
除上述为天气分析建立的站网以外，尚有专门为科研、航空和军事目的而建立的高空气象站，以及利用船舶和飞机建立的流动高空气象站。有些站除进行温度、气压、湿度、风等常规项目探测外，根据需要还进行天电、电位梯度、
露点，
臭氧、
辐射等特殊项目的探测。
中国的高空气象观测站于1930年 1月建在南京北极阁。50年代中国组成了相当密集的高空气象站网。1981年 5月起，中国大部分高空气象站已开展每日4次无线电测风定时观测。
高空气象站网的建立是气象业务发展的一个重要方面。高空大气的活动情况，对于地面天气系统的发生发展，有着非常密切的关系。为了更好地认识大气变化规律，提高天气预报准确率，适应服务的需要以及获取高空各层次的气象资料，建立近地层的高空气象站网具有一定的必要性。