気球に観測機材を積んだラジオゾンデ（主にレーウィンゾンデやGPSゾンデ）と呼ばれる無線機付き測器を上空に飛ばし、上空の気象状態を観測した結果を使用して描く。この際に上空の風に流される様子を捉えることでその地点の風向、風力を観測する。高層天気図に対し、地表（海面）付近の気象状況を表したものを地上天気図という。
高層天気図と地上天気図の大きな違いは、地上天気図ではその地点の気圧を表記し同じ気圧の地点を結んだ等圧線を記述するが、高層天気図では同じ気圧の高度を記述し、同じ高度を持つ地点を結んだ等高度線を記述していることである。
複数の高層天気図と地上天気図を組み合わせて総合的に気象を分析すると、低気圧・高気圧や前線の立体的な構造（気圧分布や「背の高さ」、温度差、風ベクトル（風速・風向））や大気の不安定度を把握することができる上、地上天気図ではほとんど分からない上空の気圧の谷などの動きを知ることができる。また、ジェット気流の分布と強さ、ブロッキングの有無、雪や大雪の目安なども分かる。
気象現象はさまざまな気温・湿度を持つ空気が三次元的に複雑に入り組んで運動する中で起こる現象であるから、その機構を理解するためには、地上天気図だけではなく、高層天気図も活用して三次元的な大気の構造を描き出す事が必要不可欠である。天気予報はその理解の延長線上にあるものであるから、当然高層天気図は予報にも欠かせないものである。
等圧面で解析する理由は、ラジオゾンデは気圧を直接測定しており、地上の気圧と温度がわかれば測高公式から高度を算出するのでデータを得やすいこと、さらには等高度の解析では測定が難しい密度を扱わなければならないが、等圧面で解析することで密度項を扱わなくてもよいので解析が簡単になることなどが挙げられる。
外部リンク.
気象庁
HBC（北海道放送）
等圧線