把高頻無線電波信號斜向投射到電離層，接收反射回來的信號，分析其傳播效應，以推測電離層特性的方法。這類探測有3種：
斜向探測 在地面向上斜投射高頻無線電波信號，並在一定距離外接收電離層反射信號的探測方法。所用設備是經過改裝的垂直測高儀。這種探測的關鍵技術，是使相距很遠的接收機和發射機同步變頻工作。這通常是用雙方接收時間信號對時，或使用高穩定度頻率源等方法實現同步工作的。接收端主主要記錄信號在傳播過程中的時延、多普勒頻移與探測頻率的關系。這種記錄稱為斜測電離圖。它主要用於研究不同頻率傳播路徑的傳播模式和傳輸信道的特性，也可以用於估算傳播路徑中點的電子密度分佈。這種技術原理，現已應用到重要的通信幹線的實時選頻上。
斜向返回探測 在地面向上斜投射電磁波信號，並在同一地點接收回波的探測方法。當電波斜投射到電離層後，經電離層反射到很遠的地面，由於地面地形的不平坦和電氣特性的不均勻，對電波有較強的散射作用，部分散射能量會沿投射時的路徑經電離層再次反射回到發射點而被接收，這樣的傳播過程稱為“天波後向散射”。所用設備是經過改進的垂直測高儀，相當於一部可以連續變頻的短波雷達。它主要記錄後向散射回波的幅度、時延、頻率與時間的相互關系和散射回波的多普勒頻譜，可用於監視遠距離電離層的宏觀狀態，研究電離層傳播信道特性。這種技術原理，現已用於制造可以發現地平線以下飛行目標的短波超視距雷達。
高頻多普勒頻移探測 利用高頻電磁波通過電離層介質時的頻率偏移效應，探測電離層特性的方法。頻率偏移效應就是多普勒效應(見電離層無線電波傳播)，多普勒頻移
其中
為電波相位傳播路徑的變化率，
f為工作頻率，
c為光速。由於相路徑不僅與收發天線距離有關，而且與傳播介質、電離層的電子密度和電離層的運動有關，因此測量電波的多普勒頻移可以得到電離層介質的特性。發射信號和經電離層反射的接收信號頻率差，就是多普勒頻移。這個差頻是很小的，通常或者將它倍頻測量，或者用數字方法通過傅裡葉變換求得頻譜。高頻多普勒頻移測量系統要求有日穩定度優於
10
-9 的頻率源。通常用多個相隔一定距離的接收機組成一個陣或者網接收一個發射源信號，並比較這些接收信號頻率的時間相關關系。這種測量方法最適用於研究電離層的短期現象，如與太陽爆發有關的電離層突然電離激增，電離層的垂直運動，各種尺度不均勻體的漂移、行進式擾動等。