Con su amplia franja de visión de 2.330 km de ancho, MODIS ve cada punto de nuestro mundo cada 1-2 días en 36 bandas espectrales discretas. En consecuencia, MODIS rastrea una gama más amplia de signos vitales de la tierra que cualquier otro sensor Terra. Por ejemplo, el sensor mide el porcentaje de la superficie del planeta que está cubierto por nubes casi todos los días. Esta amplia cobertura espacial permite a MODIS, junto con MISR y CERES, ayudar a los científicos a determinar el impacto de las nubes y los aerosoles en el presupuesto energético de la Tierra.
Además de registrar la frecuencia y distribución de la cubierta de nubes, MODIS mide las propiedades de las nubes, como la distribución y el tamaño de las gotas de nubes en nubes de agua líquida y de hielo. MODIS también mide las propiedades de los aerosoles, partículas líquidas o sólidas diminutas en la atmósfera. Los aerosoles entran a la atmósfera de fuentes artificiales como la contaminación y la quema de biomasa, y de fuentes naturales como tormentas de polvo, erupciones volcánicas e incendios forestales. MODIS ayuda a los científicos a determinar la cantidad de vapor de agua en una columna de la atmósfera y la distribución vertical de la temperatura y el vapor de agua, mediciones cruciales para comprender el sistema climático de la Tierra.
MODIS es ideal para monitorear cambios a gran escala en la biosfera que están produciendo nuevos conocimientos sobre el funcionamiento del ciclo global del carbono. El MODIS mide la actividad fotosintética de las plantas terrestres y marinas (fitoplancton) para obtener mejores estimaciones de la cantidad de gases de efecto invernadero que se absorbe y utiliza en la productividad de las plantas. Junto con las mediciones de temperatura de la superficie del sensor, las mediciones de la biosfera del MODIS están ayudando a los científicos a rastrear las fuentes y sumideros de dióxido de carbono en respuesta a los cambios climáticos.
Casi todos los días en todo el mundo, el sensor monitorea los cambios en la superficie terrestre, aprovechando y ampliando el patrimonio iniciado por Landsat. MODIS mapea la extensión de la nieve y el hielo traídos por las tormentas de invierno y las temperaturas frías. El sensor observa la «ola verde» que recorre los continentes a medida que el invierno da paso a la primavera y la vegetación florece en respuesta. Ve dónde y cuándo ocurren los desastres, como erupciones volcánicas, inundaciones, tormentas severas, sequías e incendios forestales, y se espera que ayude a las personas a salir del peligro. Las bandas de MODIS son particularmente sensibles a los incendios; pueden distinguir las quemaduras en llamas de las quemaduras ardientes y proporcionan mejores estimaciones de las cantidades de aerosoles y gases que los incendios liberan a la atmósfera.
MODIS ve cambios en las poblaciones de fitoplancton del Pacífico que pueden indicar la aparición de los famosos hermanos climáticos de El Niño/La Niña mucho antes de su llegada. A su vez, al combinar sus mediciones de temperatura de la superficie del mar y color del océano, MODIS ha observado los impactos que El Niño y La Niña tienen en la planta marina microscópica. MODIS también tiene un canal único para medir la fluorescencia de la clorofila. Todas las plantas bombardeadas con luz comienzan a brillar, o a flúor, pero en longitudes de onda que nuestros ojos no pueden ver. Cuanta más fluorescencia tengan las plantas, menos energía usarán para la fotosíntesis. Por lo tanto, MODIS no solo mapea la distribución del fitoplancton, sino que también nos ayuda a medir su salud.
Otro instrumento MODIS vuela a bordo de la nave hermana de Terra, Aqua.