Před rokem 1600 nebyly znalosti zemské atmosféry a počasí přesné. Lidé se při předpovědích většinou spoléhali na zkušenosti s místními událostmi počasí. Teta Sally cítila, jak se blíží sněhová bouře, a koleno strýce Jima řeklo o blížícím se dešti. Poté byla vynalezena jednoduchá zařízení, jako jsou teploměry, barometry a meteorologické lopatky, která poskytovala zapisovatelná data. Jak technologie postupovala od roku 1800, sofistikovanější zařízení umožňovalo detekci regionálních a globální vzorce počasí a moderní radary, satelity a programy počítačového modelování umožňují dlouhodobé počasí předpovědi.
Teplotní zařízení
Skleněné teploměry naplněné alkoholem nebo rtutí jsou standardní výbavou pro měření teploty vzduchu, půdy a vody. Teploměry maximální a minimální teploty registrují nejnižší a nejvyšší teploty během určitého časového období. Detektor teploty odporu určuje teploty vzduchu na základě změn elektrického odporu konkrétních kovů v důsledku teploty a poskytuje digitální odečet. RTD, které jsou preferovány pro automatické meteorologické stanice, mohou každou sekundu poskytovat odečet teploty.
Atmosférický tlak a vítr
Barometry měří atmosférický tlak. Kapalní barometry obvykle měří rtuť obsaženou ve vakuové trubici a hladina rtuti se mění se zvyšujícím se nebo klesajícím atmosférickým tlakem. Aneroidní barometry obsahují stálý objem vzduchu uzavřeného v jednotce vybavené pružnou membránou. Jak se membrána rozpíná a smršťuje se změnami způsobenými podmínkami atmosférického tlaku, připojená jehla ukazuje na správnou hodnotu. Anemometry větru měří směr a rychlost větru. Obvykle obsahují ocasní lopatku a ventilátor pro měření rychlosti.
Ukazatele vlhkosti
Existuje několik nástrojů, které měří vlhkost nebo procento vody ve vzduchu. Nejdříve to byl vlhkoměr, který závisí na zvětšení a smrštění lidského vlasu v reakci na změny vlhkosti. Psychrometr detekuje rozdíl teplot mezi suchým a mokrým teploměrem pro měření vlhkosti. Mezi další přístroje patří elektrický vlhkoměr, vlhkoměr rosného bodu, infračervený vlhkoměr a rosný článek. Srážkoměry měří srážky a sněhové měřiče sněžení.
Počasí balónky
Meteorologické balóny měří vlhkost, tlak vzduchu, teplotu, rychlost a směr větru pomocí jednotek zvaných radiosond. Spouštěny z 1100 míst po celém světě dvakrát denně, stoupají na více než 20 mil nad Zemi, zaznamenávají jejich cestování a přenášejí informace zpět k meteorologům pomocí rádiových vln. Když balón praskne, radiosonda padá zpět na Zemi k recyklaci. Meteorologické balóny poskytují vertikální snímek atmosférických podmínek v dané oblasti.
Špičkové nástroje
S vynálezem radaru ve druhé světové válce se meteorologické studie výrazně zlepšily. Konvenční radar, Dopplerův radar a radar s dvojitou polarizací detekují bouřkové systémy, jejich směr, rychlost, intenzitu a typ srážek. Meteorologické satelity obíhající kolem Země začaly vysílat v roce 1962 a vedly ke složitějším satelitům. Geostacionární provozní environmentální satelity přenášejí každých 15 minut fotografické snímky západní polokoule. Polárním provozním satelitům v oblasti životního prostředí obíhá Zemi asi 1,5 hodiny a poskytuje informace o počasí, oceánech a sopečných erupcích. Počítačová analýza dat o počasí a počítačové modelování meteorologických systémů zvyšují přesnost dlouhodobé predikce počasí v globálním měřítku.