红外高光谱大气垂直探测仪I型（HIRAS-I）
采用了目前国际上最先进的傅里叶干涉探测技术，可以实现地气系统的高光谱分辨率红外观测，光谱覆盖1370个通道。相较于原有的风云三号红外分光计，光谱通道数量增加了70倍，光谱分辨率最高达0.625厘米波数，可以提高大气温度和大气湿度廓线反演精度1倍以上，极大提升对我国中长期数值天气预报的支撑能力，并将天气预报的有效时效延长2-3天。
高光谱温室气体监测仪（GAS）
是首次在风云卫星上搭载的监测全球温室气体浓度的遥感仪器，可以获取二氧化碳、甲烷、一氧化碳等主要温室气体的全球浓度分布和时间变化的信息，提高区域尺度上地表温室气体通量的定量估算，分析和监测全球碳源碳汇，为巴黎气候大会温室气体减排提供科学监测数据。
广角极光成像仪（WAI）
是全球首台从空间大范围获取极光图像的遥感仪器，在高磁纬地区可以实现极紫外波段、每2分钟一幅、约130°×130°范围的极光图像，空间分辨率10公里，可以监视极光边界位置、电离层全局图像和沉降电子分布，实现极光强度和范围、极区沉降粒子的现报，进而开展磁暴预报、磁层亚暴预报和极区电离层天气预报。
电离层光度计（IPM）
通过测量氧气原子和氮气分子的极紫外波段气辉辐射强度，反演夜间电子浓度和白天氧氮比参数，实现电离层状态及变化监测。WAI和IPM提升了保证我国空间基础设施安全的能力，确保国家航天强国战略的实施。
中分辨率光谱成像仪II型（MERSI-II）
是风云三号卫星的核心仪器之一，升级改进后可以与美国最新发射的联合极轨气象卫星的成像仪器相媲美，成为国际上最先进的宽幅成像遥感仪器之一。中分辨率光谱成像仪整合了原有风云三号卫星两台成像仪器的功能，是世界上首台能够获取全球250米分辨率红外分裂窗区资料的成像仪器，可以每日无缝隙获取全球250米分辨率真彩色图像，实现云、气溶胶、水汽、陆地表面特性、海洋水色等大气、陆地、海洋参量的高精度定量反演，为我国生态治理与恢复、环境监测与保护提供科学支持，为全球生态环境、灾害监测和气候评估提供中国观测方案。
微波湿度计II型（MWHS-II）
在继承01批卫星仪器通道设置基础上，重点提升仪器辐射定标精度、探测灵敏度和使用寿命。MWHS-2利用183.31GHz水汽吸收线附近的5个大气湿度探测通道和118.75GHz氧气吸收线附近的8个大气温度探测通道，结合89GHz和166GHz两个窗区通道的探测结果可获取全球大气湿度和温度垂直分布廓线，以及降水检测、路径冰水厚度、降水强度等产品，为数值天气预报提供大气湿度初始场信息。
微波温度计II型（MWTS-II）
在01批微波温度计（MWTS-1）基础上，通过通道细分将50-60GHz氧气吸收带附近的通道数从4大幅增加到15，提高了微波温度计的探测能力和性能指标。微波温度计可以全天时、全天候观测大气垂直温度分布，改进数值天气预报模式初始场，提高天气预报的准确性。
微波成像仪I型（MWRI-I）
是风云三号卫星的重要成像仪器之一，通过对地球表面10.65-89GHz双极化被动微波辐射能量的观测，获取风场、陆表和海表降水、大气可降水、云水、大气路径液水厚度、路径冰水厚度、融化层高度和厚度、土壤水分、海冰、海表温度、积雪等相关信息。微波成像仪延续前三颗卫星的设计功能，保持稳定连续观测，具备气候观测和研究能力。
GNSS掩星大气探测仪I型（GNOS-I）
在继承FY-3C卫星仪器基础上，重点增加了我国北斗导航卫星的定位通道和掩星通道数量，是世界上首个具备同时接收GPS和北斗两个导航卫星系统信号的探测仪器，共计29个接收通道。它为我国数值天气预报和气候监测业务提供全球高精度、高垂直分辨率的大气折射率和大气温湿压廓线，并为空间天气监测提供电离层电子密度信息。
空间环境监测器（SEM）
主要探测卫星运行轨道上粒子辐射环境、原位磁场矢量变化、仪器的辐射剂量累积以及卫星表面电位变化情况，为航天活动、卫星设计、空间科学研究及空间天气预警预报业务提供必要的数据支撑。