AtmoSat wird aus einem niedrigen Erdorbit Temperatur und eine Vielzahl von Spurengasen mit hoher dreidimensionaler Auflösung messen. Die Methode der Horizontsondierung (Limb Sounding) erlaubt dabei eine besonders hohe vertikale Auflösung, entscheidend für die mit AtmoSat untersuchten wissenschaftlichen Fragestellungen.
Die vorgeschlagene Forschungsinfrastruktur (FIS) AtmoSat soll aus einem einzigartigen Satelliten-Beobachtungssystem und einer Dateninfrastruktur bestehen, die den weltweiten Zugriff auf und die Verwendung von Messdaten ermöglicht. AtmoSat erlaubt erstmals die detaillierte Erforschung des Einflusses der mittleren Atmosphäre (5–100 km) auf globale sowie regionale Klimata und Wetterphänomene. Für die wissenschaftlichen Zielsetzungen von AtmoSat sind vorrangig tägliche, dreidimensionale Messung von Temperaturen und den Verteilungen von Spurengasen mit hoher vertikaler Auflösung erforderlich. Die FIS soll damit insbesondere zu einem besseren Verständnis dekadischer Klimavariabiliäten und ihren regionalen Mustern beitragen.
AtmoSat wird vom Forschungszentrum Jülich (FZJ), dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und dem Helmholtz-Zentrum für Geowissenschaften in Potsdam (GFZ) aufgebaut und betrieben werden.