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空间碎片监测是指对空间碎片进行探测、跟踪、识别和确认，包括测量空间碎片的位置、速度，确定空间碎片的轨道、目标特性等。根据探测地点和探测方式的差异，一般将空间碎片监测分为地基探测和天基探测两类 [1,2,16] 。
对于不同尺寸的空间碎片，需要采用不同的探测手段。目前，大尺度空间碎片探测主要依靠地基雷达和望远镜等探测手段实现，而且已经基本可对 LEO 区尺寸 10cm 以上和 GEO 区尺寸 0.5m 以上的碎片进行跟踪、定轨和编目。中小尺度空间碎片（危险碎片和小空间碎片）探测可依靠天基手段，主要包括天基遥感探测、天基碰撞感知探测和航天器表面采样分析等。基于天基探测数据，并结合地面超高速碰撞模拟实验标定分析，基本可获得空间碎片尺寸、速度、密度或通量等分布信息。
地基探测是利用部署在地面的无线电装置和光电装置来测量空间碎片轨道信息。由于设备性能的限制，地基探测的对象主要为大空间碎片和危险碎片。无线电装置包括跟踪雷达、相控阵雷达和电磁篱笆等，适合对近距离、低轨道碎片探测，具有搜索发现新碎片的能力。大气层对无线电波的折射和散射会影响测量的精度。无线电手段虽然可以连续地全天候工作，但对于远距离、高轨道的碎片就显得能力有所不足，且运行成本高。光电装置适合对远距离、高轨道的碎片探测，运行成本低，但搜索和发现能力低。由于碎片本身不发光，光电装置只能工作在晨昏时段，且由于大气层的吸收作用，光电装置中的紫外、红外等波段无法利用，可见光波段虽然可用，但仍然受到大气层和天气的限制。
美国空间监测网从 20 世纪 60 年代初开始组建，是最早且最大的观测系统。该监测网主要由地基雷达、地基光学等多种手段组成。其设备遍布全球，在全世界分别组建了 25 个观测站，可以连续跟踪观测 LEO 区域的空间碎片，具备低轨和高轨空间目标的搜索发现与编目能力 。 SSN 可以观测到 LEO 区域直径大于 5 cm 和 GEO 区域直径大于 13cm 的空间碎片，目前跟踪编目的在轨空间碎片超过 23000 个（其中约 17000 个可识别到产生源），是目前国际上能力最强的空间碎片监测网。
目前，俄罗斯已建成了由 30 套共 100 多台望远镜测站组成、遍及 14 个国家和地区的国际科学光学观测网 （ ISON） 。该系统提供中高轨空间碎片跟踪观测和搜索发现、碎片编目及碎片特征探测、中高轨卫星的碰撞预警、运动模型及轨道演化、小行星跟踪观测和搜索发现等服务。该系统的全球布站特性很好地弥补了美国空间监测网目标编目系统的空缺。欧洲空间局 （ ESA, 以下简称“欧空局”）也正在加紧建设其空间态势感知系统。
现有的空间碎片地基监测手段无法达到对空域、时域的无缝覆盖，不能达到全天候、全天时监测。为了实时、准确跟踪更小、更远的空间碎片，发展天基监测手段是空间碎片监测的大势所趋，最终会形成天地一体化、多手段、全尺度、全天域、全天候空间碎片监测网。
天基空间碎片观测是利用天基平台的观测设备和探测器件进行空间碎片探测的方法。一般有天基遥感探测、天基直接探测、航天器表面采样分析等方法。
天基遥感探测设备主要包括光学望远镜、微波雷达以及激光雷达等。由于天基遥感探测是在太空中进行空间目标的观测，其探测器与物体之间的距离较近，且探测过程不会受到大气的干扰，因此对空间物体的观测具有极高的分辨率，可用于中小尺度的空间碎片探测。
天基直接探测是主要利用在空间飞行器上搭载由一定材料构成的探测仪器，如半导体空间碎片探测器、压电效应空间碎片探测器、碰撞等离子体空间碎片探测器等，通过这些仪器记录空间碎片及星际尘埃的撞击效果，从而收集空间碎片的探测方法。通过直接探测能准确记录空间碎片的碰撞事件，计算出空间碎片质量、速度、通量和运行轨迹等信息，是了解小尺度空间碎片的重要方法，对航天器防护和航天材料研究也有参考价值。
航天器表面采样分析是主要通过对已返回的长期暴露在空间环境中的航天器表面材料的分析获取空间碎片信息的方法，例如 , NASA 长期暴露装置、欧洲可回收卫星 （ EURECA） 和安装在国际空间站的空间碎片探测器 （ SDS） 等装置。通过对撞击坑的发生时间和尺寸的分析，能够获得亚毫米尺寸的空间碎片信息，直接分析得到小空间碎片对航天飞行任务的影响。航天器表面采样分析可直接立足于现有返回式航天器的后期研究以及在轨空间站的观察分析，不需要额外增加研究费用，因而是一种经济实用的探测方式。