Пре 1600-их, знање о Земљиној атмосфери и времену није било тачно. Људи су се за прогнозе углавном ослањали на искуство са локалним временским догађајима. Тетка Сали је осетила мирис снежне олује која је долазила, а ујак Џим је у колену говорио о предстојећој киши. Тада су измишљени једноставни уређаји, попут термометра, барометра и метеоролошких лопатица који дају податке који се могу снимати. Како је технологија напредовала од 1800-их па надаље, софистициранија опрема омогућавала је откривање регионалних и глобални временски обрасци, а савремени радари, сателити и програми за рачунарско моделирање омогућавају дугорочно време предвиђања.
Опрема за температуру
Стаклени термометри напуњени алкохолом или живом су стандардна опрема за мерење температура ваздуха, тла и воде. Термометри за максималну и минималну температуру региструју најниже и највише температуре током одређеног временског периода. Детектор температуре отпора одређује температуре ваздуха на основу промена електричне отпорности одређених метала услед температуре и даје дигитално очитавање. Префериране за аутоматске метеоролошке станице, РТД-ови могу давати очитавање температуре сваке секунде.
Атмосферски притисак и ветар
Барометри мере атмосферски притисак. Течни барометри обично мере живу која се налази у евакуисаној цеви, а ниво живе се мења како се атмосферски притисак повећава или смањује. Анероидни барометри садрже фиксну запремину ваздуха запечаћену унутар јединице опремљене флексибилном мембраном. Како се мембрана шири и скупља са променама изазваним условима атмосферског притиска, причвршћена игла указује на тачно очитавање. Анемометри ветра мере смер и брзину ветра. Обично садрже реп лопатице и вентилатор за мерење брзине.
Индикатори влаге
Постоји неколико алата којима се мери влажност или проценат воде у ваздуху. Најранији је био хигрометар, који зависи од ширења и скупљања људске косе као одговор на промене влажности. Психрометар детектује разлику у температури између суве и мокре сијалице термометра за мерење влажности. Остали инструменти укључују електрични хигрометар, хигрометар тачке росе, инфрацрвени хигрометар и ћелију за росу. Кишомери мере кишу, а снегомери снежне падавине.
Временски балони
Метеоролошки балони мере влажност, ваздушни притисак, температуру, брзину и смер ветра помоћу јединица званих радиосонде. Покренути са 1.100 локација широм света два пута дневно, уздижу се на преко 20 миља изнад Земље, снимајући док путују и преносећи информације натраг метеоролозима радио таласима. Када балон пукне, радиосонда падобраном падобраном враћа се на Земљу ради рециклаже. Временски балони дају вертикални снимак атмосферских услова у датом подручју.
Алати високе технологије
Изумом радара у Другом светском рату, метеоролошке студије су се знатно побољшале. Конвенционални радар, Доплеров радар и дуал-поларизациони радар откривају олујне системе, њихов правац, брзину, интензитет и врсту падавина. Метеоролошки сателити који круже око Земље почели су да емитују 1962. године и довели су до сложенијих сателита. Геостационарни оперативни сателитски сателити преносе фотографске слике западне хемисфере сваких 15 минута. Поларним оперативним еколошким сателитима је потребно око 1,5 сата да круже око Земље, пружајући информације о времену, океанима и ерупцијама вулкана. Рачунарска анализа временских података и рачунарско моделирање временских система чине дугорочно предвиђање времена на глобалном нивоу све тачнијим.