TIROS IX (TIROS-​I, TOS-​A, A-​54 ), der am 22.01.1965 mit einer Delta-​C von Cape Canaveral startete, war der erste Satellit dieser Baureihe, der als Versuchsträger für die weiterführende ESSA (Environmental Science Services Administration) Satellitenserie gestartete wurde. Obwohl äußerlich nahezu unverändert, wurden mit diesem Satelliten eine Reihe von Neuerungen erprobt. So erhielt TIROS IX zwei Kameras an gegenüberliegenden Seiten des Zylindermantels. Bis dahin waren diese in die Bodenplatte des Satelliten eingelassen gewesen. In der Umlaufbahn rotierte der Satellit nun mit 10 min^–1 . Dabei war die Rotationsachse so gelegt, daß er radähnlich entlang der Bahn abrollte. Damit waren beide Kameras abwechselnd zur Erde gerichtet. Zusammen mit dem retrograden sonnensynchronen Bahnverlauf ergab sich so eine nahezu lückenlose Beobachtung der Erde. Diese Technik entsprach dem ursprünglichen Vorschlag der Firma RCA für einen meteorologischen Satelliten, wie er Ende der 1950^er Jahre zunächst dem US Militär vorgestellt wurde. Nachdem das Projekt aber an die NASA abgegeben wurde, drängte diese zunächst auf die aus ihrer Sicht sicherere Lösung eines axial spinstabilisierten Satelliten. Gleichzeitig wurde bei RCA der ursprüngliche Entwurf aber ebenfalls weiterverfolgt. NRO (National Reconnaissance Office) und USAF wählten dieses Konzept für ihre DMSP (Defense Meteorological Satellite Program) Satelliten. Für das TOS (TIROS Operational Satellite) System kam nun auch die NASA auf das inzwischen ausgereifte Verfahren zurück. Dennoch wurde mit TIROS IX noch eine Mission in das TIROS (Television InfraRed Observation Satellite) Programm eingeschoben, mit der die Ausrüstung und Technik der kommenden ESSA Satelliten erprobt werden sollte.
Beim Start des TIROS IX Satelliten kam es zu einem Problem, als die Zweitstufe der Trägerrakete nicht auf das Brennschluß­kommando reagierte. Geplant war eine retrograde sonnensynchrone Kreisbahn. Stattdessen brannte das Zweitstufentriebwerk, bis der Oxidator aufgebraucht war. Die Bahn geriet dadurch deutlich elliptisch (705×2.563 km). Dennoch war TIROS IX der erste Satellit, der umfassende Informationen zum globalen Wettergeschehen liefern konnte. Da er nicht über ein APT-​System (Automatic Picture Transmission) verfügte, konnten die Daten nur von den drei Bodenstationen in den USA empfangen werden. Am 13.02.1965 lieferte TIROS IX eine Serie von 450 Aufnahmen, die die Grundlage für das erste Fotomosaik bildeten, das das globale Wettergeschehen darstellte. Erst am 12.06.1968 wurde TIROS IX abgeschaltet.