在人造卫星上天之前，人们主要是根据地球表面观测的地磁、电离层和大气等的变化，去推测地球上空发生的物理现象。1957年人造卫星上天之后，人们对空间的认识有了飞速发展，地球大气层外的世界，诸如辐射带、太阳风、磁层顶、磁尾和等离子体层等被一一发现。人们根据卫星在不同时间、不同地点收集到的一系列观测资料进行综合分析，得到了比较完整的空间环境的图像，但是，传统观测中大量数据的平均化，只能描述一个不甚完善的背景。在这个背景里，等离子层的变化以及各个地区之间的相互联系难以显现，等离子层如何运动、它们的整体行为和微观结构等一系列问题更是无从描述。

随着科学的进步，现在科学家一方面利用分布在日地空间几个关键地区的多颗卫星所得到的观测资料进行综合研究，另一方面利用相近的成群(cluster)卫星开展多卫星联合探测，研究空间环境的微观结构。由于组成空间等离子体的带电粒子一旦被磁场捕获就会就地围绕磁场运动,因此人们无法在它们的活动区域之外进行成像观测。所以，就地观测存在着很大的局限性,今后国际空间物理研究的方向，将向用于空间物理探测的成像技术发展。

成像探测是利用空间等离子体的带电粒子，和其他物质相互作用而产生的另一种不受磁场约束的光辐射进行成像。由于新物质不受磁场约束，可以离开原来的带电粒子所在的场所，因此人们可以对它们进行拍照，从而获得沿相机镜头视线方向的带电粒子的密度的积分形成的柱密度，然后再将其反推成空间密度。

空间等离子体探测在过去主要是就地探测，只有极光的成像观测是个例外。美丽的极光是太阳粒子到达地球附近时，被地球的磁力线“捕获”后沉降在两极地区,和大气层中的中性气体碰撞、激发而产生的光芒。人们研究极光是为观察和判断整个地球空间受太阳活动影响的程度。虽然拍摄一部分区域的极光照片不难，难的是同时拍摄整个极光区，这就要求卫星的远地点在两极（北极或南极），且远地点高度必须达到一定值，否则不能看到极光的全貌。

除极光的全球观测外,近几年科学家们提出了极紫外、中性原子和无线电成像探测等一系列成像探测方法。其中，极紫外成像探测是利用等离子体层的he＋离子，在太阳辐射作用下激发出波段为30.4纳米的光辐射来实现的，因为光辐射不受地磁场的约束，可以直接进入相机。极紫外成像探测的手段多种多样：可在靠近地球的空间使用太阳同步轨道卫星，从下往上观测地球等离子体层；可利用椭圆轨道卫星从上往下对地球等离子体层进行成像；可利用月球轨道卫星从侧面对地球等离子体层进行成像；可利用椭圆轨道卫星和月球轨道卫星同时从上面和侧面对地球等离子体层进行成像。

美国宇航局2000年利用椭圆轨道的image卫星的极紫外成像仪，从上往下对地球等离子体层进行成像，第一次获得了地球等离子体层在赤道面上的全球分布及其在太阳扰动期间的变化。这种探测只有当卫星处在远地点附近时，才能拍摄地球等离子体层的整个图像。因为椭圆轨道的卫星在远地点附近运行得非常慢，它会长时间的在远地点附近运行，有足够多的探测时间。由于月球的自转周期和公转周期相等，一旦我们在月球轨道上将镜头的初始方向指向地球，那么在月球公转的整个过程中，镜头的方向基本上一直指向地球，这就为月球轨道卫星从侧面对地球等离子体层进行连续拍摄提供了一个极好的机遇。因此，中国科学院空间科学与研究中心（简称空间中心）将于2011和2014年，分别在中国“嫦娥探月计划”的二期和三期工程中开展月基地球等离子体层极紫外成像实验，实验的目标是从侧面研究地球等离子体层的结构及其扰动期间所形成的“尾巴”的三维结构。

此外，空间中心还准备申请利用“夸父计划”的椭圆轨道卫星，从地球等离子体层顶部同时开展等离子体层极紫外成像探测，直接探测地球等离子体层he＋离子密度的空间分布，这是人类第一次直接探测等离子体层全球密度分布的探测计划。

空间物理相对于天文还比较年轻,成像技术在天文研究上的应用，除最早用于太阳地面光学观测外,最近还被用于卫星成像，拍摄出木星、土星等行星的照片，获得许多直观的结果。这些生动的图像可用于开展科普教育，包括成像动画图形。自2004年在巴黎召开第35届国际空间研究大会以来，在众多讨论今后空间研究的研究课题会上，不少科学家将空间物理成像探测看成今后20年内空间探测研究中极富挑战性的研究手段。