kolumnie powierza i obliczenie stężenia molowego w suchym powietrzu, oznaczanym jako XCO2, z precyzją, rozdzielczością i pokryciem umożliwiającym określenie powierzchniowych źródeł i pochłaniaczy w skalach regionalnych (mniej niż 1000 km) oraz ich zmienność w cyklu sezonowym.
Spektrometry OCO-2 mierzą światło słoneczne odbite od powierzchni Ziemi, pomiar wykonywany jest dla promieniowania podczerwonego, w zakresie tym Ziemia nie emituje promieniowania cieplnego. Promienie, które wpadają do spektrometrów, dwukrotnie przebiegły przez atmosferę, raz podczas biegu ze Słońca na Ziemię, a następnie po odbiciu od powierzchni Ziemi ponownie podczas biegu do przyrządu OCO-2. Cząsteczki dwutlenku węgla i tlenu cząsteczkowego w atmosferze pochłaniają energię świetlną o dokładnie określonych długościach fal. Tak więc światło docierające do instrumentu OCO-2 będzie miało zmniejszone natężenie w tych charakterystycznych długościach fal. Do utworzenia spektrum fal wykorzystuje się precyzyjne odbiciowe siatki dyfrakcyjne. Pomiary OCO-2 muszą być bardzo dokładne.