Az 1600-as évek előtt a Föld légkörének és időjárásának ismerete nem volt pontos. Az emberek többnyire a helyi időjárási eseményekkel kapcsolatos tapasztalatokra támaszkodtak az előrejelzésekhez. Sally néni hóvihar szagát érezte, Jim bácsi térde pedig a közelgő esőről árulkodott. Ezután olyan egyszerű eszközöket találtak ki, mint például hőmérők, barométerek és szélkerekek, amelyek rögzíthető adatokat szolgáltattak. Ahogy a technológia az 1800-as évektől haladt, a kifinomultabb berendezések lehetővé tették a regionális és a globális időjárási szokások, valamint a modern radar, műholdak és számítógépes modellező programok lehetővé teszik a hosszú távú időjárást jóslatok.
Hőmérsékleti berendezések
Az alkohollal vagy higannyal töltött üveghőmérők alapfelszereltségek a levegő, a talaj és a víz hőmérsékletének mérésére. A maximális és a minimális hőmérsékleti hőmérők a legalacsonyabb és a legmagasabb hőmérsékletet regisztrálják egy adott időszakban. Az ellenállás-hőmérséklet-érzékelő a fémek elektromos ellenállásának hőmérsékleti változásai alapján határozza meg a levegő hőmérsékletét, és digitális leolvasást ad. Az automatikus meteorológiai állomásoknak előnyben részesített RTD-k másodpercenként képesek hőmérséklet-leolvasást biztosítani.
Légköri nyomás és szél
A barométerek mérik a légköri nyomást. A folyékony barométerek általában a kiürített csőben lévő higanyot mérik, és a higanyszint a légköri nyomás növekedésével vagy csökkenésével változik. Az aneroid barométerek fix térfogatú levegőt tartalmaznak, amely egy rugalmas membránnal ellátott egységen belül van lezárva. Ahogy a membrán kitágul és összehúzódik a légköri nyomásviszonyok által okozott változásokkal, a csatlakoztatott tű a helyes leolvasásra mutat. Szélmérők mérik a szél irányát és sebességét. A sebesség méréséhez általában szélkakas farokot és ventilátort tartalmaznak.
Nedvességjelzők
Számos eszköz méri a páratartalmat, vagy a levegőben lévő víz százalékos arányát. A legkorábbi a higrométer volt, amely attól függ, hogy az emberi haj kitágul és összehúzódik-e a páratartalom változására reagálva. A pszichrométer érzékeli a száraz és nedves hőmérő izzók közötti hőmérséklet-különbséget a páratartalom mérése érdekében. Egyéb műszerek közé tartozik az elektromos higrométer, a harmatpont higrométer, az infravörös higrométer és a harmatcella. Az esőmérők mérik a csapadékot, a hómérők pedig a havazást.
Időjárás léggömbök
Az időjárási léggömbök rádiószondáknak nevezett egységekkel mérik a páratartalmat, a légnyomást, a hőmérsékletet, a szél sebességét és irányát. A világ minden táján 1100 helyszínről indultak naponta kétszer, és több mint 20 mérföldre emelkednek a Föld felett, rögzítve utazásuk során, és rádióhullámokkal továbbítják az információkat a meteorológusoknak. Amikor a léggömb felrobban, a rádiószonda ejtőernyővel visszaszáll a Földre újrahasznosítás céljából. Az időjárási léggömbök függőleges képet adnak a légköri viszonyokról egy adott területen.
High-Tech eszközök
A radar feltalálásával a második világháborúban a meteorológiai vizsgálatok jelentősen javultak. A hagyományos radar, a Doppler radar és a kettős polarizációjú radar érzékeli a viharrendszereket, azok irányát, sebességét, intenzitását és a csapadék típusát. A Föld körül keringő meteorológiai műholdak 1962-ben kezdtek sugározni, és bonyolultabb műholdakhoz vezettek. A geostacionárius működési környezeti műholdak 15 percenként továbbítják a nyugati félteke fényképeit. A poláris műveleti környezeti műholdak körülbelül 1,5 órát vesznek igénybe a Föld körüli pályán, és információkat nyújtanak az időjárásról, az óceánokról és a vulkánkitörésekről. Az időjárási adatok számítógépes elemzése és az időjárási rendszerek számítógépes modellezése egyre pontosabbá teszi a hosszú távú időjárás-előrejelzést globális szinten.