Dane misji Sentinel-3 są gromadzone od dekady i wykorzystywane do obserwacji oceanów, lądów, lodu oraz atmosfery. Dodanie trzeciego satelity ma zapewnić ciągłość tego źródła informacji, które wspiera raporty Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) i unijne działania dotyczące klimatu. Misja dostarcza dane do 55 wskaźników klimatycznych określonych przez Global Climate Observing System.
Satelity zapewniają codzienne pokrycie całego globu. Ich szerokokątne sensory rejestrują obszary o szerokości do 1400 km, co pozwala śledzić zjawiska regionalne, między innymi dym z pożarów, erupcje wulkanów, burze piaskowe i emisje przemysłowe. Sentinel-3 mierzy również temperaturę powierzchni mórz i lądów, poziom wody w morzach, rzekach i jeziorach, zasięg oraz grubość lodu, a także zmiany pokrycia lasów.
W 2023 roku dane misji wykorzystano w badaniach tak zwanych „superemitentów” metanu. Sentinel-3 może wykrywać wycieki tego gazu o wielkości co najmniej 10 ton na godzinę, zależnie od lokalizacji i warunków pogodowych. Informacje z satelitów pomagają także monitorować susze, pożary, ślady spalenizny, zanieczyszczenia i pyły.