Para estudiar y pronosticar las condiciones del tiempo es necesario que además de las observaciones en la superficie, se hagan también mediciones de las condiciones del aire a alturas sobre la superficie.

Para eso se utiliza un instrumento, llamado radiosonda, que permite mediciones de temperatura, presión, humedad y viento a distintas alturas. Ese nombre se deriva de los términos radio y sondeo, que quiere decir investigar o sondear las condiciones atmosféricas utilizando ondas de radio. El radiosonda consiste de un instrumento con un pequeño transmisor que envía una señal de radio. La señal va cambiando su intensidad de acuerdo con la temperatura y la humedad del aire. El transmisor funciona por medio de una batería seca. Una caja conteniendo el transmisor, la batería, antena y elementos de humedad, temperatura y presión es lanzada al espacio amarrada a un globo inflado con gas hidrógeno o helio. También se agrega un pequeño paracaídas de color rojo. El globo asciende (con la radiosonda) hasta romperse o reventarse. Generalmente se alcanzan alturas de 25 a 30 kilómetros. Al romperse el globo la radiosonda desciende protegida por el paracaídas y continúa emitiendo señales hasta que la batería se agota. Si cae a tierra es probable que sea encontrada y devuelta al Servicio de Meteorología.

En la caja del instrumento hay instrucciones para devolverlo por correo libre de franqueo.

Mientras el instrumento va ascendiendo, el transmisor envía señales de radio las cuales son recibidas en la estación de San Juan por medio de un receptor de radio de bastante potencia.

En el receptor hay una grabadora que va haciendo una gráfica en papel especial. El estudio de esta gráfica, siguiendo procedimientos y reglas de cómputos especiales, permite al observador determinar la temperatura, presión y humedad del aire a distintas alturas. Para determinar los vientos se utiliza otro instrumento, conocido por "monitor direccional de radio" ("radio direction finder"), por medio del cual se determina la dirección y elevación de donde procede la señal. Este instrumento puede captar la señal emitida por la radiosonda no importa las condiciones del tiempo. Así se sigue la posición y movimiento continuo del globo. Con esa información se puede computar la dirección y velocidad del viento a distintas alturas. Generalmente se obtienen datos hasta alturas de 100,000 pies (30 Km.).

En Puerto Rico hay una estación de radiosonda en San Juan y se hacen observaciones a las 7:00 de la mañana y 7:00 de la noche. No se hacen observaciones más frecuentes debido al alto costo del instrumento y de los materiales usados. En situaciones especiales (por ejemplo, durante periodos de huracán) se lanzan radiosondas cuatro veces al día.

Las observaciones de radiosonda reflejan que la atmósfera consiste de dos secciones principales que se conocen como la tropósfera y la estratósfera. Una capa angosta de temperatura fría, conocida como la tropopausa, separa la tropósfera y la estratósfera.

La Tropósfera sobre Puerto Rico se extiende desde la superficie hasta una altura de alrededor de 16 kilómetros. Allí es donde ocurren todos los fenómenos atmosféricos que contribuyen a definir las condiciones del tiempo. En las latitudes medias y polares la tropopausa o tope de la tropósfera se encuentra a alturas más bajas que en la zona tropical.

La temperatura disminuye con la altura. En las capas bajas de la atmósfera la disminución es de alrededor de 1.6° C por cada 1000 pies de altura. La temperatura de superficie en Puerto Rico es alrededor de 25° C (77° F). Esta va disminuyendo y llega a 0° C a una altura de l4-l5,000 pies. Sigue decreciendo y alcanza lecturas de -77° C en la tropopausa. En la estratósfera, sobre 16 Km., la temperatura aumenta con la altura y a los 100 Km. o más la temperatura es mucho mayor que en la superficie.

Las observaciones de altura también indican que los vientos alisios (vientos del Este) prevalecen desde la superficie hasta más o menos l5,000 pies. A alturas sobre 20,000 pies prevalecen sobre Puerto Rico vientos del Oeste.

Otro procedimiento para determinar la dirección y velocidad del viento en la altura es con el uso de globos pequeños inflados con gas helio. Estos son lanzados al espacio y son rastreados por medio de un instrumento llamado "teodolito", una especie de telescopio pequeño.

Este globo, comúnmente conocido como "globo piloto", se llena de suficiente gas helio para hacerlo ascender a una velocidad constante de alrededor de 180 metros por minuto o 600 pies por minuto. Mediante la lectura de ángulos de elevación y azimuth, puede computarse la distancia y la, posición del globo con relación al punto de observación o teodolito. Luego, por medio de cómputos matemáticos, se obtiene la dirección y velocidad del viento a cada mil pies de altura sobre la superficie. Estos globos alcanzan generalmente alturas de 15 a 20,000 pies con cielos despejados. No pueden ser vistos a través de las nubes y cuando hay nubosidad la observación se limita a la zona bajo las nubes.