Tras Hybrid Theory y Reanimaton, Linkin Park continuó realizando conciertos en Estados Unidos, y al mismo tiempo comenzaron a trabajar en su próximo material en el autobús de su gira en un horario ajustado y también en su tiempo libre.77 48 La banda trabajó casi todo el año 2002 y finalmente en diciembre de ese año se anunció oficialmente la producción de su nuevo disco de estudio: Meteora.48 De acuerdo con la banda, para el nombre del mismo se inspiraron en la región rocosa de Meteora, en Grecia, donde están construidos numerosos monasterios encima de las piedras.78 79 Este álbum con su nu metal se asemeja a su anterior trabajo, Hybrid Theory, sin embargo este disco se diferenció por la incorporación de novedosos instrumentos como el uso de un shakuhachi (una flauta japonesa hecha de bambú), y nuevos efectos de sonido.43 80
El productor de Meteora fue una vez más Don Gilmore.81 El segundo álbum se lanzó mundialmente el 25 de marzo de 2003.82 El día de su publicación ganó reconocimiento mundial, siendo número uno en Estados Unidos y Reino Unido y número dos en Australia.83 La banda vendió 810 000 copias en su primera semana de acuerdo a SoundScan y está considerado como el álbum más vendido en la lista Billboard en ese momento.84 3 85 «Somewhere I Belong», primer sencillo de Meteora, ocupó el primer puesto de la lista Alternative Songs y en el conteo Mainstream Rock Tracks de Billboard.86 22 Los sencillos «Breaking the Habit», «Faint» y «Numb» recibieron una importante atención por parte de la radio.46 Para octubre del 2003, Meteora logró vender 3 millones de copias.87 El éxito conseguido le permitió a Linkin Park el llevar a cabo un segundo Projekt Revolution, gira que contó con artistas, como Mudvayne, Blindside y Xzibit,63 48 en julio de ese año Chester fue hospitalizado a causa de dolores abdominales por lo que la banda se vio obligada a cancelar doce fechas de su gira por Europa,88 al mes siguiente, la banda Metallica invitó a Linkin Park al Summer Sanitarium Tour en 2003.89 3 A finales de ese año publicaron su álbum en directo titulado Live in Texas, el cual contiene las actuaciones en vivo de la banda en Texas durante esta gira.90 91 A principios de 2004, Linkin Park inició una gira mundial titulada Meteora World Tour que incluyó a Hoobastank, POD y Story of the Year como grupos de apoyo.92
El 29 de junio de ese mismo año lanzaron un nuevo disco: Meteora Tour Edition, que contiene las canciones de Meteora junto con versiones en vivo que fueron registradas durante el Meteora World Tour y además el DVD Meteora: The Making Of.93 58 Su segunda producción de estudio le otorgó a la banda múltiples reconocimientos entre los cuales están el premio MTV a mejor video rock por «Somewhere I Belong» y un premio Viewer Choice a «Breaking the Habit»,94 también recibieron importantes premios en 2004 en los Radio Music Awards en donde fueron galardonados con el premio artista del año y canción del año por «Numb».95 La banda pasó los primeros meses de 2004 en conciertos alrededor del globo con motivo del Meteora World Tour antes de llevar a cabo el tercer Projekt Revolution a finales de julio y hasta principios de septiembre, para ello se contó con la presencia de bandas y solistas como Korn, Snoop Team y The Used.96 Cabe señalar que aunque Meteora no fue igualmente exitoso como su predecesor, fue el tercer álbum más vendido en Estados Unidos durante el año 2003.97