Mit dem Start von ESSA I (OT 3) am 03.02.1966 mit einer Delta-​C von Cape Canaveral begann in den USA der operationelle Einsatz meteorologischer Satelliten durch die Environmental Science Services Administration. ESSA war eine direkte Weiterentwicklung der Satelliten vom Typ TIROS. Bei ESSA I, der auf einer für meteorologische Beobachtungen besonders geeigneten sonnensynchronen Bahn kreiste, wurden die Wetterfotos an Bord zwischengespeichert und von zwei amerikanischen Bodenstationen (Gilmore Creek, Fairbanks, Alaska und Chincoteague, Virginia) beim Überfliegen abgerufen. Die gewählte retrograde Bahn ermöglichte den Überflug eines Gebietes täglich zur gleichen Zeit. Angestrebt worden war eine — von Cape Canaveral aus nur mit drei „dogleg“ Manövern zu erreichende — sonnensynchrone Bahn. Was nicht perfekt, aber nach damaligen Maßstäben gut genug, gelang. Die Bahn gewährleistete die Gewinnung gut vergleichbarer Aufnahmen. Die ESSA Satelliten waren für den paarweisen Betrieb vorgesehen, wobei jeweils einer der Satelliten (die Exemplare mit ungeraden Nummern) die Bildinformationen zunächst zwischenspeicherte, bevor sie von speziellen US Bodenstationen abgerufen wurden. Das zweite Exemplar hingegen übertrug die Bilddaten kontinuierlich nach dem APT Standard, so daß ein Empfang auch in anderen Ländern problemlos möglich war. ESSA I bildete insofern jedoch einen Sonderfall, als sich seine Ausrüstung von der nachfolgender Exemplare unterschied. Seine Instrumentierung bestand nämlich noch aus dem schon bei den TIROS eingesetzten Vidicon Camera System — Wide Angle (VCS-​WA) und zusätzlich einem Flat Plate Radiometer (FPR). Gerade die Radiometer-​Messungen waren wissenschaftlich sehr aufschlußreich. ESSA I wurde nach widersprüchlichen NASA Angaben am 12.06.1968 (zusammen mit seinem Prototypen und Vorgänger TIROS IX) oder am bereits am 08.05.1967 abgeschaltet. Die beiden Kameras waren allerdings schon am 25.07.1966 bzw. 06.10.1966 ausgefallen.