Satelita obiegał Ziemię po orbicie o średniej wysokości 450 km i okresie 93 minuty, miał na pokładzie ulepszony odbiornik GPS, a po spodniej stronie specjalną antenę.
Podczas gdy jeden z satelitów ginie z widoczności CHAMP-a za horyzontem Ziemi, dochodzą do odbiornika CHAMP radiosygnały GPS przechodzące przez atmosferę w coraz krótszych odległościach od powierzchni Ziemi. Podczas czegoś takiego, tzw. okultacji, która trwa od 1 do 2 minut, rejestrowane jest pasmo strumienia widoczności atmosfery pomiędzy wysokością 120 km a powierzchnią. Powodem refrakcji strumienia fal radiowych jest odchylanie się fal radiowych podczas drogi przez atmosferę; miarą tego jest kąt załamania. Znajomość dokładnych efemeryd pozwala obliczyć współczynnik załamania atmosfery w funkcji wysokości geometrycznej. W suchych rejonach atmosfery (stratosfera, obszary biegunowe) można z takich pomiarów obliczyć ciśnienie i temperaturę z wysoką dokładnością. Sygnały GPS mają długość fali w zakresie ok. 20 cm i dlatego są praktyczne wolne od wpływu kropelek wody i kryształków lodu. Pomiary okultacyjne bazujące na GPS są metodą przedstawiania ciśnienia, temperatury i wilgotności niezależnie od pogody. Dzięki limb-geometrii oferują one w porównaniu do tradycyjnych satelitów pogodowych istotnie wyższą dokładność.