Les instruments de mesure passifs qui se contentent d'analyser la lumière réfléchie par les nuages ne sont pas suffisamment précis pour atteindre ces objectifs. Le satellite CALIPSO emporte un lidar qui comprend un laser émettant de courtes impulsions lumineuses de forte intensité et un télescope qui permet de collecter la lumière renvoyée. L'analyse de celle-ci permet de déduire la composition des différentes couches de l'atmosphère.
CALIPSO fait partie du A-Train, une constellation de plusieurs satellites franco-américains qui permettent une étude co-localisée temporellement et spatialement de la grande majorité des paramètres climatologiques et météorologiques utiles pour comprendre le climat. Les mesures effectuées par le Lidar de CALIPSO peuvent être ainsi rapprochées de celles du satellite CloudSat qui suit CALIPSO sur la même orbite à faible distance. Cloudat emporte un «radar à nuages» qui constitue un autre instrument de mesure actif complémentaire du lidar. Le satellite CALIPSO a été développé pour répondre aux objectifs suivants :
Pour remplir sa mission le satellite est placé sur une orbite héliosynchrone à 705 km d'altitude avec une inclinaison de 98,2°.
Le projet a été lancé en 1998 et le développement du satellite a commencé en 2001. CALIPSO a été lancé le 28 avril 2006 depuis le centre spatial de Vandenberg en Californie, en même temps que le satellite CloudSat par une fusée Delta II. Les premières mesures scientifiques collectées ont été distribuées à compter de décembre 2006. En mars 2009 le laser de secours a été activé. En 2009 il a été décidé de prolonger la mission.