相控陣雷達系統一般由天線陣列、饋線網絡、多路接收機、信號處理、數據處理、顯示與控制等主要分系統組成。相控陣雷達利用計算機按照算法軟件靈活控制天線陣列中各個單元的饋電相位。根據天線理論，天線陣列發出的電磁波通過相位合成生成指向不同方向的一個或多個主波束，在天線不做物理轉動的前提下，實現多方位電子掃描。相對于機械掃描雷達，相控陣雷達可以將給定空間范圍的掃描時間縮減到原來的幾分之一或十幾分之一，極大提高了雷達觀測的時間分辨率。 相控陣雷達有兩種主要的組成方式。①有源相控陣列。每個天線陣元用一個接收機和發射功率放大器。②無源相控陣列。它共用一個或幾個發射機和接收機。

在氣象上使用相控陣雷達有利于龍卷、下擊暴流等快速演變的強天氣系統監測和早期預警，也有利于提高對快速移動的降水系統的雷達估計精度。通常由拋物面天線組成的氣象雷達，按VCP21模式做一次體積掃描需要6分鐘。這對于變化和移動均很迅速的強對流天氣系統中的風暴單體而言，時間間隔太長了。這樣的探測結果只能看到單體跳躍式的變化，而不能以高的時空分辨率去反映強對流系統的細密變化。而相控陣氣象雷達能夠同時產生9個波束，一次PPI體積掃描只需要2/3分鐘，極大提高了雷達探測的時間分辨率。若采用二維相控陣氣象雷達，還可以對不同方位上的重點氣象目標實現跳掃，同樣又大大提高了探測的時間分辨率。

相控陣技術在軍事領域已應用了60多年，20世紀末開始逐步進入氣象研究領域。2003年4月，美國強風暴實驗室（NSSL）在美國海軍提供的SPY-1A相控陣雷達天線基礎上研制了NWRT/PAR雷達，最早開始了相控陣雷達在強天氣預警領域的應用研究。21世紀初以來，中國相控陣天氣雷達研究和應用發展也很快。

相控陣雷達用于對氣象目標的探測，若要滿足測量精度的要求，有些問題仍需要解決。例如，不同仰角的波束寬度不相等，相控陣雷達一般采用功率小的固態模塊發射，為了能探測遠處的氣象目標，特別是弱目標，要采用脈沖壓縮技術等，這些都必須體現在雷達氣象方程和數據處理系統中，才能較精確反演出氣象目標的回波強度，得到可實用的產品。