以衛星為載體，利用衛星本身為重力感測器或衛星所攜帶的重力感測器（加速度儀、精密測距系統和重力梯度儀等）測定地球重力場的方法和技術。又稱衛星重力探測。主要有4種技術模式：①地面跟蹤觀測衛星軌道攝動。即採用攝影觀測、鐳射測距（地基和空基兩種模式）及多普勒觀測等技術手段測定衛星的軌道攝動。衛星的軌道攝動主要受地球引力、日月引力、地球潮汐、大氣和太陽光壓等因素的影響。由此衛星重力探測技術，發佈瞭一系列全球低階重力場模型。②衛星星測高。在衛星上安置雷達測高儀或激光測高儀，直接測定衛星至其海面星下點的距離，並利用衛星的在軌位置求定其星下點的大地高。20世紀70年代開始出現衛星雷達測高，已發展多代衛星測高系統，用於精確測定平均海面的大地高，確定海洋大地水準面，並反求海洋重力異常，分辨率優於10千米，精度優於分米級。聯合衛星激光測距低階重力場模型，已建立和發展多個高階地球重力場模型。③衛星跟蹤衛星(SST)。有兩種技術模式，即由若幹高軌衛星同步跟蹤低軌衛星軌道攝動確定擾動重力場，稱為高–低SST；或通過測定在同一軌道上兩顆衛星（相距約200千米）之間的距離變率來恢復地球重力場，稱為低–低SST。SST的觀測量為兩顆衛星之間的距離或距離變率（又稱相對視線速度）。從原理上看，高–低SST與傳統的地面站跟蹤觀測衛星軌道攝動並無很大區別，但其數據的覆蓋率有很大提高，分辨率和精度也有較大改善；在高–低SST的基礎上發展起來的低–低SST測定地球重力場的精度和分辨率將更高。如21世紀初德國的CHAMP衛星和美德合作的GRACE衛星分別代表瞭上述兩種衛星跟蹤衛星技術的先進水平，可恢復中長波(＜120階)重力場，精度可達厘米級或更優，並以一個月的時間分辨率測定長波重力場的時變量。④衛星重力梯度測量。利用低軌衛星上所攜帶的重力梯度儀直接測定衛星軌道高度處重力位的2階導數（重力梯度張量），即通過觀測兩檢測質量（或加速度計）之間的加速度差來獲取重力梯度觀測值。與地面跟蹤觀測衛星軌道攝動和衛星跟蹤衛星技術相比，利用衛星重力梯度數據可望恢復更高分辨率和精度的全球重力場模型。