Los radares meteorológicos están diseñados para la teledetección de fenómenos como la lluvia, el granizo y la niebla. Para que la detección sea efectiva, la frecuencia de trabajo ha de ser tal que la longitud de onda correspondiente sea del orden del tamaño del objeto que se pretende detectar. Por este motivo, los radares meteorológicos suelen operar en banda S (2-4 GHz), con alcances de hasta 240 km, banda C (4-8 GHz), con alcances inferiores a 120 km o en banda X (8-12 GHz), con alcances inferiores a 60 km. La Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) suele utilizar radares en banda C.

Los radares son del tipo pulsado, es decir, emiten pulsos de una duración determinada cada cierto tiempo preestablecido. Por otro lado, el haz del radar de mueve mecánica o electrónicamente para poder barrer amplias regiones de la atmósfera.

Al incidir el pulso de radio emitido por el radar en una gota de agua, se produce un fenómeno de dispersión, es decir, la energía se refleja en varias direcciones y una pequeña parte llega de nuevo a la antena del radar, donde a través de un receptor se calculan dos parámetros: su intensidad y el tiempo transcurrido desde que se transmitió el pulso hasta que se recibe su reflexión.

Sabiendo que las ondas de radar se transmiten a la velocidad de la luz y habiendo medido el tiempo de ida y vuelta del pulso, es posible determinar a qué distancia se ha producido la reflexión, es decir, a qué distancia del radar se está produciendo la precipitación. Dado que el movimiento del haz del radar está controlado electrónicamente, en todo momento se conocen la elevación y el acimut con el que se emiten los pulsos. De esta forma, se determina con exactitud la posición exacta donde se está produciendo la precipitación. Por ejemplo, los radares de la AEMET realizan 20 barridos acimutales completos cada 10 minutos.

Realmente, en cada región del espacio se toman medidas con varios pulsos para obtener datos más fiables.

Por otro lado, conocidas la potencia de transmisión y otros parámetros del radar, la distancia a la que se ha producido la reflexión y la potencia del pulso reflejado de vuelta al radar, es posible determinar otro parámetro denominado reflectividad, proporcional a la sexta potencia del diámetro de las gotas y que por tanto nos da una idea de la intensidad de la precipitación. La reflectividad se mide en decibelios Z (dBz). Por debajo de 12 dBz generalmente no existe precipitación, mientras que valores por encima de 60 dBz indican precipitaciones muy intensas.

Las mediciones realizadas con los radares meteorológicos necesitan una serie de correcciones. Por ejemplo, cuanto más lejana sea la medida, normalmente se realizará a mayor altitud, debido a la curvatura de la Tierra. Esto implica que realmente se está midiendo la precipitación a una altura determinada y no sobre la superficie terrestre. Para obtener datos más útiles, se emplean dos tipos de técnicas: PPI (Plan Position Indicator), proyectando los valores de reflectividad a distintas alturas sobre la superficie terrestre, y CAPPI (Constant Altitude Plan Position Indicator), técnica que permite combinar datos de distintas mediciones para determinar la reflectividad en un plano virtual de altitud predeterminada.

En España, la Agencia Estatal de Meteorología dispone de una red de 15 radares ubicados en las provincias de A Coruña, Almería, Asturias, Barcelona, Cáceres, Las Palmas, Madrid, Málaga, Mallorca, Murcia, Palencia, Sevilla, Valencia, Vizcaya y Zaragoza. La AEMET ofrece una imagen denominada composición nacional radar, construída con las imágenes obtenidas por cada uno de esos radares, que se corresponden a zonas geográficas definidas por un círculo centrado en el radar, un radio de 240 km y una resolución de 2 x 2 kilómetros cuadrados.

La Agencia Vasca de Meteorología (Euskalmet) también dispone de un radar y el Servicio Meteorológico de Cataluña tiene una red formada por tres radares.