為實現預警目的監視和發現敵方彈道導彈發射的偵察衛星。又稱導彈預警衛星。預警衛星往往兼有探測核爆炸的任務。在預警衛星出現之前，對彈道導彈發射的探測主要依靠地面上的防空雷達網。雷達發射的電波信號沿直線傳播，受地球曲率的影響，使雷達發現導彈的距離受到限制，不能儘早捕獲目標，所能掌握的預警時間很短。預警衛星通常運行在地球靜止衛星軌道或週期約12小時的大橢圓軌道上，一般由幾顆衛星組成預警網，覆蓋範圍很大，能克服雷達預警的缺點，延長預警時間，便於捕捉戰機，及時組織戰略略防禦和反攻。在現代戰爭中，預警衛星是有效的防禦工具。預警衛星上裝有紅外探測器和電視攝像機。遇有地面或水下發射彈道導彈的情況，高靈敏度的紅外探測器就能夠探測到導彈主動段飛行期間發動機尾焰的紅外輻射並發出警報。與些同時帶有遠攝鏡頭的高分辨率電視攝像機對準有關的空域，跟蹤導彈並自動或根據遙控指令向地面發送目標圖像，在地面電視屏幕上同時顯示出導彈尾焰圖像的運動軌跡。根據尾焰在不同高度上形狀和亮度的差異，可識別出目標的真偽，及時準確地判明導彈發射。預警衛星上一般還裝有核輻射探測器，包括X射線探測器、γ射線探測器和中子計數器等，因此它也能監視和發現大氣層內和外層空間所發生的核爆炸事件。典型的預警衛星有美國的647預警衛星（又稱綜合型導彈預警衛星）、60年代初發射的“發現者”19號、21號和“米達斯”號導彈預警試驗衛星，還有專門探測核爆炸的“維拉”號衛星。蘇聯的預警衛星采用近地點(約500公裡)在南半球、遠地點(約40000公裡)在北半球、傾角約63°～65°的大橢圓軌道，有的也采用地球靜止衛星軌道。