小小的无线电探空仪，就象一台飞行的发报机，随时将探测到的所在高度的气象资料传送到地面。"麻雀虽小，五脏俱全"，重量不到1公斤的探空仪，主要由感应元件、转换装置、发射机和电源四部分组成。感应元件用来感应大气温度、压强、湿度要素的大小与变化;然后通过转换装置转换成相应于探测量的无线电讯号;而发射机产生的约数十或数百兆赫的高频无线电振荡(载波)，则能装载着探测讯号向地面发送;电源提供了整个探空仪的能量来源，它占据了相当大的重量。

感应元件(或称传感器)是探空仪的关键组成部分，与地面观测仪器的感应器相比，它必须具有轻便、灵敏、响应快等性质。

因为探空仪随气球以300~400米/分的速度向上运动，不可能在某一高度停留下来，所以探空仪的传感器必须惰性小，这样才能迅速响应外界环境的变化，比较正确的反映各个高度上的气象要素值。

由于探空仪是一次性使用，所以传感器比较简单。它测量的都是相对量，在正式释放前，要进行一次"基值测定"，将传感器的相对值与它所处环境的绝对值联系起来，以便事后易与探测记录进行处理和换算。

以上两个因素都影响观测精度，使得高空观测的精度不如地面观测。另外气球上升时间和运动轨迹对观测精度也有影响。我们需要知道的是某点上空在一瞬间的气象要素的垂直分布情况(术语叫廓线)，而气球探测的是不同时间(气球整个上升过程约一个小时)、不同地点(水平飘移约数十公里)的气象要素，这也将造成测量误差。

探空仪上常用的温度传感器是扭成环状或螺旋状的双金属片，另一种用得较多的是珠状或棒状热敏电阻温度传感器。

探空仪上测压主要用空盒传感器，为了增加探测的灵敏度，常常将多个空盒串联在一起使用。

测量高空湿度是一个较为困难的问题，过去多采用毛发或肠衣，也有用电阻式、电容式测湿元件。

通常探空仪测风与测风气球测风是一样的。但在夜间、阴天或气球入云的情况下就得求助于无线电方法，通常用测风雷达。