Pilotski balon je orodje, ki ga uporabljajo meteorologi za preučevanje gibanja zračnih tokov ali vetra. To je dolg, valjast balon, ki je napolnjen s helijem in je zasnovan tako, da poči, ko doseže višje ravni ozračja. Uporaba pilotnih balonov je močno povezana z letalstvom, civilnimi projekti in mednarodnim vohunjenjem. Pilotni baloni, imenovani tudi vremenski baloni, se uporabljajo od leta 1783, ko sta dva Francoza izstrelila pilotski balon s hitrostjo vetra, da bi preverila vetrovne razmere pred izstrelitvijo prvega leta z balonom s posadko.
Opazovanje pilotskega balona je praksa preučevanja pilotskega balona med letom. Natančno merimo, da najdemo hitrost pilotskega balona in smer, v kateri potuje. Višina pilotskega balona in njegovi azimutni koti se upoštevajo v opazovanjih, da se določi hitrost in smer vetra na različnih višinah v atmosferi.
Čeprav se je glede konstrukcije in oblikovanja pilotnega balona od izstrelitve prvega izstrelila zelo malo sprememb, se je izkazal za zelo dragoceno orodje pri študiju meteorologije in drugih znanosti o Zemlji. Francoski meteorolog Leon Teisserenc de Bort je z uporabo pilotskih balonov uspel odkriti in dokazati, da ima Zemlja troposfero, nižjo raven atmosfere, kjer se pojavlja vreme. V tridesetih letih prejšnjega stoletja je na sceno stopila nova tehnologija v obliki radijskih sledilnih sistemov, ki so omogočili razširitev uporabnosti pilotskega balona in še bolj razvil znanost o meteorologiji.
Z radijskim sledenjem so pilotski baloni postali več kot le orodje za sledenje vetru. Vremenskemu balonu bi lahko dodali različna orodja, ki so mu med drugim omogočila odčitavanje temperatur in vlažnosti. Uporaba pilotskih balonov za opazovanje vremena je meteorologom omogočila izdelavo tridimenzionalnih zemljevidov ozračja in različnih vremenskih vzorcev, ki vplivajo na ozračje.
V nekaterih primerih je pilotski balon opremljen tudi s kamerami, video opremo ali teleskopskimi enotami za zajemanje tistih redkih razgledov, ki jih je mogoče videti le iz zraka. Zaradi tega so pilotski baloni koristen vir za vohunjenje in ustvarjanje podrobnih topografskih zemljevidov. Vendar ta uporaba ni brez pomanjkljivosti. Z edinstveno velikostjo in dimenzijami pilotskih balonov so z leti napačno šteli, da so predmeti, kot so grožnje tujih sovražnikov, neznana letala in vesoljske ladje nezemljanov.