氣象預報是一個非常複雜的工作， 藉由大量資料的分析、科學理論、數值運算及經驗法則，預報人員可據以預測大氣的未來變化。氣象預報的準確度與 你我的生活息息相關，但是「天有不測 風雲」，如何能探知老天爺的脾氣，則有賴於正確的測量大氣變化的要素，如氣壓、氣溫、溼度、雨量、風速風向等等的資料，這就是氣象觀測的範疇。因此，氣象觀測是氣象業務中最重要的基本工作，舉凡天氣預報實務，氣象學各方面的研究，皆以觀測之結果為依據。
氣象觀測由於觀測之範圍、項目、 目的及方法的不同，可分為：地面觀測、高空觀測、氣象雷達、氣象衛星及 海上浮標、船舶、飛機等。
地面氣象觀測站的主要觀測項目有 氣壓、氣溫、溼度、降水量、風速、風 向、全天空輻射量、日照時數、雲量、雲狀、雲底高度、能見度、蒸發量及天氣現象等。觀測儀器大部分安置於觀測坪內（圖1），輻射、日照及風的觀測儀器則安置於建築物樓頂或鐵塔上。觀測人員每3個小時或每個小時觀測1次氣象參數，全球的地面觀測站大約有10,000個。圖2是中央氣象局局屬氣象站的分佈。由於臺灣位於副熱帶地區，又有複雜的山脈地形，常會發生劇烈的天氣現象，為充分掌握各地區的降水情況，並配合防災單位的預警措施，中央氣象局除了局屬地面氣象站之外，另於臺灣地區建置大約400個自動雨量觀測站，該系統的即時觀測資料可充分提供預報及 防災等相關單位的運用。
地球大氣的垂直伸展可達數十公里，若要瞭解大氣運動的來龍去脈，除了地面觀測資料之外，更需要高空觀測資料。透過探空氣球的施放，自動高空 氣象觀測系統利用無線電及GPS衛星定位技術，可自動記錄地面到30公里處的觀測結果。觀測項目包含氣壓、氣溫、溼度、風向及風速等。全球約有900個高空觀測站，其中約600個站，每天於格林威治時間00時及12時各觀測一次。 中央氣象局的高空觀測站位於臺北、花蓮。
氣象雷達是利用天線發射高能電磁脈波，當電磁脈波碰到大氣中的水滴時，水滴會造成電磁脈波反射及散射，雷達天線接收到這些微弱的電磁波能量 以及頻率變化後，就可以進一步計算各種參數，並且製作出我們常看到的雷達回波圖。氣象雷達的觀測範圍可達數百公里，中央氣象局的雷達觀測站位於北部五分山、東部花蓮、南部墾丁及西部七股等4處。
上述的3種觀測站都是位於陸地上，無法得知廣大洋面區域上的大氣狀況，必須藉由裝載氣象偵測儀器的人造衛星，將偵測到水平範圍達數千公里區 域內的可見光、紅外線等數據資料，即時傳輸到地面接收站，經過繁複處理後 的產品，即可提供預報作業的參考。氣象衛星可分為兩類：(1)地球同步衛星：位於赤道上空36000公里處，繞地球的轉速和地球自轉角速一樣，在地球上看來都在同一地點上空。(2)繞極軌道衛星：它是沿著地球兩極不停的繞，它的路徑和太陽一直保持固定的角度，繞一圈地球約需102分鐘。
氣壓是大氣壓力的簡稱，是在水平面上單位面積承受大氣的重量，也就是大氣從地面延伸到大氣層頂的垂直空氣柱的重量。全世界各地的觀測站同一時間量測到的氣壓值， 可繪製成天氣圖上的等壓線。氣壓觀測儀器需安置於隔離的氣壓室內（圖3）。
氣象觀測所稱之氣溫，係指在距地面約1.25至2公尺高度，通風良好且不受太陽直達輻射影響之環境下量測之 空氣溫度。溼度就是空氣的潮溼程度， 也就是表示空氣中包含多少水氣量。大氣中的水蒸氣是影響天氣變化的重要因素 之一，而且大氣的乾溼程度對人類生活環境的關係也非常密切。溫溼度觀測儀器安置於觀測坪的百葉箱內（圖 4）。
我們平時所稱的下雨或降雨、下雪與下冰雹等現象，在氣象觀測時均統 稱為降水。降水量是指在固定時段內，從雲中降落到水平地面上的液態或固態 （經融化後）降水，在沒有滲透到泥土、或被太陽蒸發或流失到溝渠情況下，累積的水層高度，稱為那個時段內的降水量。雨量觀測儀器做成圓形的主要用意在降低因風速造成擾流的影響（圖5）。
風就是空氣的流動，氣象觀測的地面風是指離地面以上約10公尺高度的風。風向是指風吹來的方向，一般 用16個方位或 360°表示。風速是指單位時 間內空氣移動的距離，通常以公尺/秒表示。影響風向的主要因素為大範圍的天氣系統及地形等自然或地理現象，而近地面的風向風速會受到建築物的影響而改變。（圖6）
全天空輻射量係包含入射於水平面之直達日輻射、由天空全方向入射之散亂光、以及雲等反射之反射光。當太陽輻射值≧120W/㎡時，自動觀測系統才會開始計算日照時數。結語氣象預報作業是先蒐集國內外之氣象觀測資料，經過電腦處理、分析後，可得到各種天氣圖供預報人員仔細研判，同時參考雷達、衛星資料作主觀修正分析，並利用大氣動力、熱力學理以綜觀瞭解過去及現在的大氣環流狀況，最後可得到天氣預報產品。
因此，氣象觀測是氣象預報的基礎，而且全世界各地的觀測人員每天都兢兢業業的提供完 整且正確的氣象觀測資料，為準確的氣象預報而努力。