定義
天氣的觀察，跟蹤天氣實況有時像觀察風向一樣簡單，但有時又像發射價值上億元的衛星那樣複雜。氣象監測仍依賴一些基礎測量的方法——氣溫、濕度、風和氣壓的觀測。這些在幾個世紀以來一直是氣象學家工作的一部分，估測這些天氣特徵還十分複雜，但其變數是一致的。近幾十年來這些現場收集的標準觀測資料，可以通過大範圍的遙感儀器完成。雷達、巨星和其他設備如今可對十幾里、幾百里乃至千里以外的氣象情況作出報告。
項目以及方式
氣壓
氣象學家用氣壓表測量大氣壓力，大氣壓是地球引力將儀器上方的大氣團向下拉動，在每單位面積所形成的力。典型的無液氣壓表測量直接作用於有一定真空的空管上的壓力。現在更先進的氣壓表叫壓電電阻表，它測量由大氣作用在矽薄膜上的反作用力的變化。位於海拔1英里(1.6千米)的氣象站可承受約85%的海平面大氣壓。這是由於它上空空氣稀薄的原因。
濕度
空氣中的濕度用濕度計測定，它是一種利用頭髮、乾羊腸筋或細金屬絲根據相對濕度的變化而拉長或收縮的測濕儀，
另一種測濕法是用乾濕球溫度表，來測量露點溫度。風向是主要的氣象變數、利用它作為即將到來的天氣徵兆並將它記錄下來。風向的一些記錄可追溯到2000多年前，水平方向的風向可用羅盤刻度記錄，360°代表北方，90°代表東方，180°代表南方，270°代表西方，用近似十進位制的方法記錄或描述風吹來的方向。如東風轉東南風或轉西北風。
氣溫
以往，氣溫用水銀溫度表或酒精溫度表測量，在17世紀初，最先使用的溫度表則是利用空氣和酒精。大氣變熱，液體膨脹，溫度表內的液面上升。現在，數字溫度計依靠在電路或電阻的電嚴屬性內部變化。大多數氣象站每24小時主要根據溫度實況的變化，發布最高或最低溫度的記錄，美國採用華氏，其他地區則採用攝氏溫標。
風速
風速常用風速表測定。用一個螺旋槳或類似張開雙臂一樣的東西，迎著風，安上可計數的旋轉球。一隻壓力風速表精確記錄山風的作用，在開口端產生的動力壓力，音波風速表利用測量風在吹過兩個感應器之間的縫隙所產生的聲音來測風。風速以時速英里來記錄，也可用"節”，即時速自然"英里”的別稱，相當於1.15英里/時。木製採用千米/時，或米秒。
其他要素
把其他用來預測氣象變化的因素結合起來，天氣現象包括能見度(幾英里或幾千米內)、雲狀和雲高度以及在天空聚集的比例，以前的風力，一定時間內降雨量，最後還包括降雪厚度和雪中所含的水量。
手段
雷達是最佳追蹤器，在雷雨天裡，可以跟蹤風；也可以將雨和雪的區域繪成地圖。第一部雷達在二戰期間研製並改進，隨後變成民用雷達。雷達傳送電磁信號，通常是微波，遇到雨滴、冰雹和雪花時就會返折回來。通過測算信號返回到雷達所需的時間及有多少信號返回來，科學家們可以算出降水區有多遠，降水量有多大。
都卜勒雷達在20世紀90年代被廣泛使用，它利用返回信號的頻率估測降水目標移動的速度——估測風吹動它們的速度。
微波數據有許多特殊功能，由於微波可以穿透雲層而丟失的能量少，例如，貫穿行星的冰和雪的出現是可以被跟蹤的，因為結凍的水與陸地和液態的水所散發的微波頻率不一樣。
基本有兩種氣象衛星：地面靜止衛星即地球靜止業務環境衛星，簡稱GDES；極地軌道衛星即極地控制環境衛星，簡稱POES。在地面靜止軌道上，靜止衛星距地面約22,000英里(35,000千米）的赤道上空，其運行速度與地球自轉速度同步，幾乎晝夜懸在一個地點上。地球餘下區域由極地軌道衛星監測，它沿著從北到南一圈一圈地重複運行，每兩小時在極地附近經過一次。
