气象探空是氦气在民用领域的经典应用。高空气象观测站按固定时次释放探空气球，球内充入氦气产生浮力，携带探空仪升空，在上升过程中连续采集不同高度层的温度、湿度、气压和风向风速数据，并通过无线电回传地面。这些数据是天气预报、数值预报模式初始场和气候研究的重要基础资料。由于探空站分布广、释放频次高，对氦气供应的稳定性和纯度有着持续需求。

与氢气相比，氦气不可燃，即使在高空与雷电环境中也不会因静电引发燃烧爆炸，安全性更高，因此在人员密集区与机场周边的探空作业中优势明显。除常规探空气球外，系留气球、大型浮空器也以氦气作为浮升气体，可用于应急通信中继、灾害现场照明、环境监测和低空观测平台。这类应用对气密性、充气量与浮力平衡控制要求较高，需严格检测球体与气囊的泄漏率，并配置压力和温度监测装置，防止超压或浮力不足引发失控，保障升空与回收过程安全可控。