Wetterdienste bringen ihre Messgeräte mit Helium in die freie Atmosphäre. Radiosonden werden mit Heliumballons in Höhen von bis zu 35 Kilometern getragen. Die Sensoren messen Luftdruck, Lufttemperatur und Feuchte sowie Höhenwinde. Bodenstationen empfangen die Messsignale, bereiten sie auf und setzen sie an die Nachrichtenzentrale der Wetterdienste ab. Dort können sie unmittelbar ihren vielfältigen Verwendungszwecken zugeführt werden. Weltweit gibt es zirka 800 Stellen, an denen Radiosonden aufgelassen werden, wobei sich einige auch auf Schiffen und Plattformen auf dem Meer befinden.

Ein Wetterballon ist einem gewöhnlichen Luftballon sehr ähnlich. Seine Haut besteht aus Gummi, er wird mit Wasserstoff oder Helium gefüllt und vom Auftrieb des leichten Gases in die Höhe befördert. Allerdings ist er etwas größer als das übliche Kinderspielzeug und steigt wesentlich höher, nämlich bis in die Stratosphäre hinauf. Wegen des nachlassenden Luftdrucks dehnt er sich dabei immer weiter aus und platzt schließlich. Die Instrumente messen im Verlauf des Aufstiegs Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und weitere Werte und funken diese zur Bodenstation. Nach dem Platzen des Ballons fällt die Gondel, von einem Fallschirm gebremst, zur Erde zurück. 
Ballons für Routinemessungen sind meist mit Einweginstrumenten ausgestattet, die dabei verlorengehen.

Wenn es um Wetterforschung geht, können Satelliten, Flugzeuge und Drohnen mit dem schlichten, gasgefüllten Ballon nicht mithalten. Bei seinem langsamen Aufstieg trägt dieser die Messinstrumente auf bis zu 35 Kilometer Höhe. Dabei sammelt er Daten in einem Detaillierungsgrad, der mit anderen Transportmitteln nicht zu erreichen ist.

Die gasgefüllten Ballons werden auch genutzt, um neue Erkenntnisse über die Entstehung von Gewitterfronten und die Vorgänge innerhalb von Gewitterzellen zu erhalten. Noch wissen wir nicht genau, welche Prozesse sich in Gewitterzellen ereignen, was aber wichtig wäre, um die Bildung eines Gewitters genauer vorhersagen zu können. Um die dafür nötigen Daten zu sammeln, muss der Ballon so nah wie möglich an der Gewitterfront aufsteigen. Dabei kann er neben Messwerten auch spektakuläre Bilder aus der Stratosphäre liefern.