Enne 1600. aastaid polnud teadmised Maa atmosfäärist ja ilmast täpsed. Inimesed tuginesid prognooside koostamisel enamasti kohalike ilmastikunähtuste kogemusele. Tädi Sally tundis saabuva lumetormi lõhna ja onu Jimi põlv rääkis eelseisvast vihmasajust. Seejärel leiutati lihtsad seadmed, näiteks termomeetrid, baromeetrid ja tuulelattad, mis andsid salvestatavaid andmeid. Kuna tehnoloogia arenes alates 1800. aastatest, võimaldasid keerukamad seadmed tuvastada piirkondlikke ja globaalsed ilmastikutingimused ning kaasaegsed radarid, satelliidid ja arvutimodelleerimisprogrammid võimaldavad pikaajalist ilma ennustused.
Temperatuurivarustus
Klaasist termomeetrid, mis on täidetud alkoholi või elavhõbedaga, on standardsed seadmed õhu, pinnase ja vee temperatuuri mõõtmiseks. Maksimaalse ja minimaalse temperatuuriga termomeetrid registreerivad madalaima ja kõrgeima temperatuuri kindla ajaperioodi jooksul. Takistustemperatuuri detektor määrab õhutemperatuurid konkreetsete metallide elektritakistuse muutuste põhjal, mis on tingitud temperatuurist, ja annab digitaalse näidu. Automaatsete ilmajaamade jaoks eelistatavad RTD-d võimaldavad temperatuuri näitamist iga sekundi järel.
Atmosfäärirõhk ja tuul
Baromeetrid mõõdavad atmosfäärirõhku. Vedelad baromeetrid mõõdavad tavaliselt evakueeritud torus sisalduvat elavhõbedat ja elavhõbeda tase muutub, kui atmosfäärirõhk suureneb või väheneb. Aneroidbaromeetrid sisaldavad painduva membraaniga varustatud seadmes fikseeritud õhuhulka. Kui membraan paisub ja tõmbub kokku atmosfäärirõhu tingimustest tulenevate muutustega, osutab kinnitatud nõel õigele näidule. Tuule anemomeetrid mõõdavad tuule suunda ja kiirust. Tavaliselt sisaldavad need kiiruse mõõtmiseks tuulelipu saba ja ventilaatorit.
Niiskuse indikaatorid
On mitmeid tööriistu, mis mõõdavad niiskust ehk vee osakaalu õhus. Varaseim oli hügromeeter, mis sõltub inimese juuste laienemisest ja kokkutõmbumisest reageerides niiskuse muutustele. Psühromeeter tuvastab niiskuse mõõtmiseks temperatuuri erinevuse kuiva ja märja termomeetri pirni vahel. Muude instrumentide hulka kuuluvad elektriline hügromeeter, kastepunkti-hügromeeter, infrapuna-hügromeeter ja kastepakk. Vihmamõõdikud mõõdavad sademeid ja lumemõõdikud mõõdavad lumesadu.
Ilmapallid
Ilmapallid mõõdavad niiskust, õhurõhku, temperatuuri, tuule kiirust ja suunda radiosondideks nimetatud üksustega. Käivitati 1100 vaatamisväärsusest kogu maailmas kaks korda päevas, tõusevad nad üle 20 miili Maast kõrgemale, registreerides reisides ja edastades teavet raadiolainete abil meteoroloogidele. Kui õhupall lõhkeb, langeb langevarju taaskasutuseks Maale tagasi. Ilmapallid annavad vertikaalse ülevaate antud piirkonna atmosfäärioludest.
Kõrgtehnoloogilised tööriistad
Radari leiutamisega Teises maailmasõjas paranesid meteoroloogilised uuringud tohutult. Tavapärane radar, Doppleri radar ja kahepolariseeriv radar tuvastavad tormisüsteemid, nende suuna, kiiruse, intensiivsuse ja sademete tüübi. Maa ümber tiirlevad meteoroloogilised satelliidid hakkasid seda edastama 1962. aastal ja viisid keerukamate satelliitideni. Geostatsionaarsed operatiivsed keskkonnasatelliidid edastavad läänepoolkera fotopilte iga 15 minuti järel. Polaarsetel operatiivsetel keskkonnasatelliitidel kulub Maa orbiidil umbes 1,5 tundi, pakkudes teavet ilma, ookeanide ja vulkaanipursete kohta. Ilmateabe arvutianalüüs ja ilmastikusüsteemide arvutimodelleerimine muudavad pikaajalise ilmaennustuse globaalses plaanis üha täpsemaks.
