科学的发展，使气象观测和预报技术日益自动化。一个由电脑控制的世界——“天气控制中心”开始形成，经常接收由两组不同的人造卫星所供应的资料。第一组卫星供应接收到的当时天气的各种资料；另一组卫星供应接收到的设在全球地面自动气象台、海洋仪器浮标站记录的资料，包括有关温度、湿度、水流和风速等。加上从系留气球、气象火箭、飞机、船舰等观测到的资料，组成一个全球性的较完整的立体观测系统。天气控制中心的电脑，将各种资料集中输入天气预报系统中，进行数值预报计算等。然后，处理中心再将计算结果以气象分析图、雨量分布图、天气预报图形式输出，发出天气预报和灾害警报。
天气控制中心的电脑还能自行检验校正，编制每天、每月和全年的气象观测资料报表，一天就可完成。由于对天气现象形成的物理过程和物理原因了解和分析得详细快速，气象观测和预报日益可靠、高效和快速了。
英国在人工控制天气方面取得重大进展，利用“调节大气中静电屏蔽层”的方法，可以在大范围内控制天气的晴雨。
1981年7月29日，英国查尔斯王子同黛安娜举行婚礼。从事天气控制研究的英国气象学家别出心裁地拟定了一个计划——代号为“晴——雨行动”，为婚礼增添新奇色彩。婚礼开始了，气象学家们果然创造了大自然的奇观：在伦敦，先是用人工降下了一场倾盆大雨，然后又在天空中人造出两道巨型彩虹。当婚礼进入高潮时，在教堂镀金圆顶上空有一道明亮的光柱垂直悬挂着，光辉灿烂，而伦敦上空的天气风和日丽。
1982年4月1日，英国科学家首次使用激光催雨的方法，制造了一场大雨，这种方法是把强大的激光射向指定的云层，激光使云层中的部分小水滴发生电离，使一部分小水滴带正电荷，而附近的小水滴带负电荷，并汇合成一个较大的水滴，在降落途中又不断吞并其他小水滴，然后形成降雨。
日本科学家设计了一种“人造山脉”降雨的办法，它适用于沙漠地带。人造山脉用玻璃纤维制成，外面涂上聚四氟乙烯，长10000米，宽1000米，高600米，利用湿润空气遇“山”后沿坡爬升，遇冷凝结成雨。以色列科学家发现，有一种细菌具有催云化雨的作用，如果能大量培育这种细菌，用来制造大雨，将是最经济的。
前苏联科学家研究出人工降雨的新办法。在晴天，人们用功率很大的喷雾机向空中喷水雾，并把雾喷到足够的高度。上升气流将水雾带到高处，5分钟后就会在3000米的高空形成堆积云。喷水雾使空气温度降低，还会使空气中原有的水汽凝结成细水滴。用这种方法向空中每喷射1吨的水雾，可以获得1000吨的雨水。
20世纪80年代初，英国在人工控制天气方面取得了重大进展。他们设想沿英国西海岸布置一系列电极，使大气层的对流层中镁原子电离，产生一个密度可变的静电屏蔽层。然后，调节它的密度，即可控制气团的运动。
到21世纪，人们已有能力驾驭天气了。那时候，如果有什么地方发生干旱，急需播雨时，电脑接收到信息后，就会作出决定，建议在指定的海域上，加速蒸发海水。人们发射火箭到选定海域，在水面散布一层能由生物分解的无害染料或油质分子层，助长蒸发的速度；几小时后，雨水就会在干旱的地方降落。风调雨顺的日子定将来到。
大气科学
云、雨、雹、雪、风和太阳都是每日频繁出现的天气特色，长久以来都吸引着人类。无数的人们在思考它并设法预测它的变化。祈求神灵重视它那巨大而又骇人的自然神力。占星者们利用星辰的移动预测天气，农夫和水手们积累气象规律，依照现有的条件显示未来大气状况的特点。
然而，试图预测天气并不等同于成功。对于大部分人类历史而言，气象预测总能令人失望和惊愕。有时或绝大多数时间里，经验法则更起作用。一旦它们失去功效，其结果是极悲哀的。公元前340年，希腊哲人亚里士多德在他的《气象学》论著中概述了很多有价值的气象知识，尽管亚里士多德对物质世界有些错误概念（例如他认为根本不存在真空），但他的观点持续了近1500年之久，被看做气象学科学的前奏曲。17世纪在欧洲，人们创造力的发挥导致了温度表、晴雨表的发明，并将风速表、温度计加以改良。这就为严格的天气变量（诸如气温、气压、风和湿度）的系统记录，奠定基础。
19世纪随着人们对大气层的基本了解，测量技术得到提高。在美国殖民时期，本杰明·富兰克林根据观察起初在费城的风暴，并获悉它接着席卷了波士顿，从而推断气象系统是自西向东移动的。后来，由于19世纪50年代电报广泛使用，人们将观测的结果汇总，并在几分钟内编好，真正的天气预报诞生了。在这一领域，由军方和商船队掌握的精确记录十分重要。同时，物理和化学家们找到了控制大气的规律，气象学家对其动态作出解释。到了1900年，几个国家气象服务部门发布了正式的天气预报。
由于气象用气球、雷达和卫星的出现，20世纪人类将“人眼”送上了天空。这种想法最初是由挪威气象学家韦尔海姆·皮叶克尼斯提出的。用方程式写出大气规律，使解决办法更为精确。自20世纪50年代，计算机使这种方法进一步发展。利用大量的数据处理，作出预报图，也可对尚未形成的气象系统作出预测，全球性的气象图总体特征提前10天就可预测。虽有局限性，但预测十分准确。气象预报提前3～6个月就可预测出某一地区气温和降水趋势，这都要归功于像韦尔海姆的儿子贾库伯·皮叶克尼斯这样一些科学家们的工作，他使人们更加清楚地了解到厄尔尼诺南方涛动这样有全球影响的现象。
天气的观察
跟踪天气实况有时像观察风向一样简单，但有时又像发射价值上亿元的卫星那样复杂。气象监测仍依赖一些基础测量的方法——气温、湿度、风和气压的观测。这些在几个世纪以来一直是气象学家工作的一部分，估测这些天气特征还十分复杂，但其变量是一致的。近几十年来这些现场收集的标准观测资料，可以通过大范围的遥感仪器完成。雷达、卫星和其他设备如今可对十几里、几百里乃至上千里以外的气象情况作出报告。
以往，气温用水银温度表或酒精温度表测量，但在17世纪初，最先使用的温度表则是利用空气和酒精。大气变热，液体膨胀，温度表内的液面上升。现在，数字温度计依靠在电路或电阻的电子属性内部变化。大多数气象站每24小时主要根据温度实况的变化，发布最高或最低温度的记录，美国采用华氏，其他地区则采用摄氏温标。
气象学家用气压表测量大气压力，大气压是地球引力将仪器上方的大气团向下拉动，在每单位面积所形成的力。典型的无液气压表测量直接作用于有一定真空的空管上的压力。现在更先进的气压表叫压电电阻表，它测量由大气作用在矽薄膜上的反作用力的变化。位于海拔1英里（1.6千米）的气象站可承受约85％的海平面大气压。这是由于它上空空气稀薄的原因。为摆脱因这种海拔高度造成的影响，气压表常读作一个海拔高度。这种转化是假定一个臆造的但又合理的实际高度同海平面之间的标准大气。
气压曾以水银柱高度（英寸）为单位。对水银气压表而言，由于大气压作用在水银管的周围，液体可在真空管内上升。海平面标准大气压为29.92英寸水银柱高或以米制换算，约为1.013毫巴（如果在经典气压表内加的是水而不是水银，那么该仪器需加长到三层楼那么高）。空气中的湿度用湿度计测定。它是一种利用头发、干羊肠筋或细金属丝根据相对湿度的变化而拉长或收缩的测湿仪。
另一种测湿法是用干湿球温度表，来测量露点温度。风向是主要的气象变量，利用它作为即将到来的天气征兆并将它记录下来。风向的一些记录可追溯到2000多年前，水平方向的风向可用罗盘刻度记录，360°代表北方，90°代表东方，180°代表南方，270°代表西方。用近似十进位制的方法记录或描述风吹来的方向。如东风转东南风或转西北风。
风速常用风速表测定。用一个螺旋桨或类似张开双臂一样的东西，迎着风，安上可计数的旋转球。一只压力风速表精确记录由风的作用，在开口端产生的动力压力。音波风速表利用测量风在吹过两个感应器之间的缝隙所产生的声音来测风。风速以时速“英里”来记录，也可用“节”，即时速自然“英里”的别称，相当于1.15英里／时。米制采用千米／时，或米／秒。由于风速每秒都可发生变化，现代的风速计包括一种软件，可在规定时间内测量平均的持续不变的风速以及狂风的威力。用电波声纳和风向剖面监测仪监控高空的风。
把其他用来预测气象变化的因素结合起来，天气现象包括能见度（几英里或几千米内）、云状和云高度以及在天空聚集的比例。以前的风力，一定时间内降雨量。最后还包括降雪厚度和雪中所含的水量。
至少每小时一次，全球气象台站进行地面观测并将观测结果发送到所在国家气象部门。
这些读数大多经加工几分钟内告之公众。这是国际间的合作及国际互联网的功劳。另外，自愿观测者们也控制近万家气象台站，每人每天进行一至两次观测。观测报告连同国际数据奠定气候观测的基础。
在过去几年里许多国家，包括日本和美国，对地面观察网站实行全部或大部分的自动化。这样，观测员只是为了检查和保养这些网站。这些网站配有最新技术水平的电子设备，经常在10～15分钟可传递一次观测结果。
在气象用气球发明之前，人们对大气运动的观测只是与地面有关。19世纪起，用气球作实验获得地面以上的大气运动状况，这些高度上气流对天气的运动和变化起到关键作用。
无线电问世于20世纪20年代，待到无线电探空仪的出现，那些有气象气球的台站改变了人们对高空大气的看法。最典型的就是无线电探空仪通过小型气压表确定气压并测量温度和湿度对电传导性的影响。随着无线电探空仪的上升，它用无线电发回报告，并根据某一地区探空仪的变化测定风速及风向。大约一小时后，一种特制无线电探空仪上升15英里（24千米）以上。气球膨胀最终爆炸。仪器包已完成使命，用一个微型降落伞把它降落到地面。
到了20世纪40年代，每天无线电探空仪传播的信息遍布全球。气象学家们很快就会算出高空急流和其他的特征。现在，全球每天都会发射1000个无线电探空仪，大部分在北半球。
雷达是最佳追踪器，在雷雨天里，可以跟踪风；也可以将雨和雪的区域绘咸地图。第一部雷达在二战期间研制并改进，随后变成民用雷达。雷达发送电磁信号，通常是微波，遇到雨滴、冰雹和雪花时就会返折回来；通过测算信号返回到雷达所需的时间及有多少信号返回来，科学家们可以算出降水区有多远，降水量有多大。
多普勒雷达在20世纪90年代被广泛使用，它利用返回信号的频率估测降水目标移动的速度——估测风吹动它们的速度。
在北美、欧洲和澳大利亚，人们经常收集从云层到地面闪电的资讯。它们用来区分和跟踪风暴以及森林大火的调查，还用在航空和其他领域。美国气象网站约有100组雷达天线网，探测云层到地面的脉冲信号的角度或到达的时间，每年都有两千万次以上这样的冲击。首次从地球到太空的想法改变了人们如何认识自己的家园，引发全球环境改变，也改变了气象学。从火箭拍摄的照片上表明全球云团网比人类预想的还要复杂。科学家们开始想象一种轨道卫星，它可以一直监视地球，到了20世纪60年代中期，科学家们的梦想实现了。卫星将地球拍成照片并在几分钟内发回信息。
基本有两种气象卫星：地面静止卫星即地球静止业务环境卫星，简称GDES；极地轨道卫星即极地控制环境卫星，简称POES。在地面静止轨道上，静止卫星距地面约22，000英里（35，000千米）的赤道上空，其运行速度与地球自转速度同步，几乎昼夜悬在一个地点上。地球余下区域由极地轨道卫星监测，它沿着从北到南一圈一圈地重复运行，每两小时在极地附近经过一次。
电视气象播报的卫星图片通常是地面静止卫星拍摄的照片，尽管白天也可见到它们，但常用红外线冲洗。从地球表面扩散的红外线可用来估测空气中的水汽。这是因为当红外线的波长达到6.7微米时，水汽极易吸收能量。水汽越多，来自地球的红外线在未到达卫星之前就越多地被吸收掉了。红外线释放也可用来测评云顶部的温度，它与风暴关系十分密切。
微波数据有许多特殊功能，由于微波可以穿透云层而丢失的能量少，例如，贯穿行星的冰和雪的出现是可以被跟踪的，因为结冻的水与陆地和液态的水所散发的微波频率不一样。