激光雷达利用光子在大气介质传输中的弹性散射、拉曼散射、荧光散射、多普勒频移等机制实现对大气要素和矢量风场的探测，具有高时空分辨率、高探测精度等特点。利用激光的穿透性和光谱特性，可以实现能见度、云参数、海面风速、叶绿素等海洋环境要素的高精度探测。
激光雷达按工作介质分，有以下分类：
1、固体激光雷达
固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有的光学元件与器件，输出长范围与现有的光学元件与器件(如调制器、隔离器和探测器）以及大气传输特性相匹配等，而且很容易实现主振荡器-功率放大器（MOPA）结构，再加上效率高、体积小、重量轻、可靠性高和稳定性好等导体，固体激光雷达优先在机载和天基系统中应用。近年来，激光雷达发展的重点是二极管泵浦固体激光雷达。
2、气体激光雷达
气体激光雷达以CO2激光雷达为代表，它工作在红外波段 ，大气传输衰减小，探测距离远，已经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用，但体积大，使用的中红外探测器必须在77K温度下工作,限制了气体激光雷达的发展。
3、半导体激光雷达
半导体激光雷达能以高重复频率方式连续工作，具有长寿命，小体积，低成本和对人眼伤害小的优点，被广泛应用于后向散射信号比较强的Mie散射测量，如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是测量能见度，获得大气边界层中的气溶胶消光廓线和识别雨雪等，易于制成机载设备。
