Die verschiedenen Arten von meteorologischen Instrumenten sind die Instrumente der unteren, mittleren und oberen Atmosphäre. Zu den Instrumenten der unteren Atmosphäre gehören Thermometer, Barometer, Regenmesser, Anemometer und Hygrometer. Raketen und Satelliten bilden die Instrumente der mittleren Atmosphäre, während die Instrumente der oberen Atmosphäre aus Radiosonden und Ozonsonden bestehen. Mit den verschiedenen meteorologischen Werkzeugen können Gesamtdaten für die Wettervorhersage, Durchschnittswerte klimatologischer Daten und Daten über Temperatur, Wasserdampf, Windprofile und Verschmutzung erfasst werden.
Frühe Menschen machten Beobachtungen über das Wetter und das Klima, meist indem sie einfach in den Himmel schauten. Einfache Instrumente wie Wetterfahnen wurden damals erfunden, aber sie waren nur für die Messung klimatologischer Daten wertvoll, nicht für die Messung von Daten für Wettervorhersagen; Diese einfachen Instrumente liefern keine genauen Messungen, die für die Erstellung von Wettervorhersagen unerlässlich sind. Mit der Erfindung moderner meteorologischer Werkzeuge können jedoch quantitative Messungen von professionellen Meteorologen durchgeführt werden. Wissenschaftler sind sich einig, dass die Genauigkeit moderner meteorologischer Instrumente bei der Messung von klimatologischen, atmosphärischen und Wettervorhersagedaten überlegen ist.
Es gibt zwei Arten von Temperaturmessgeräten, die als Thermometer bezeichnet werden: mechanisch und elektrisch. Flüssigkeits-im-Glas-Thermometer sind mechanisch, Widerstandsthermometer hingegen elektrisch. Bei der Messung des Luftgewichts, wissenschaftlich als atmosphärischer Druck bezeichnet, können Barometer als Quecksilber oder in Forschungslabors und Aneroid oder in Häusern und Wetterstationen verwendet werden. Zur Kalibrierung ist eine regelmäßige Überprüfung eines Aneroidbarometers mit einem Quecksilberbarometer erforderlich. Außerdem kann ein Aneroidbarometer zu einem als Barograph bezeichneten Aufzeichnungsinstrument gemacht werden, indem ein Stift auf seinen Zeiger gelegt wird.
Der Regenmesser gilt als das früheste Werkzeug der Meteorologen und ist ein einfach zu bauendes Instrument, das die Niederschlagsmenge misst. Im vierten Jahrhundert v. Chr. wurden die ältesten Regenmesserdaten in Indien aufgezeichnet, wo aufgrund von Aufzeichnungen von Niederschlagsdurchschnitten in mehreren Gebieten angenommen wird, dass ein Netz vorhanden war. Währenddessen hat das Windgeschwindigkeitsmessgerät namens Anemometer „Tassen“, die sich um eine Welle in der Mitte drehen, wenn der Wind sie bewegt. Die Luftfeuchtigkeit oder der Feuchtigkeitsgehalt der Luft kann mit einem Hygrometer gemessen werden. Die zwei Arten von Hygrometern, die von Meteorologen verwendet werden, sind Psychrometer und Absorptionshygrometer.
Eine Rakete ist ein Verbrennungsmotor, der seinen eigenen Treibstoff und Oxidationsmittel mit sich führt, weshalb er in der Erdatmosphäre betrieben und zur Untersuchung der Erdatmosphäre verwendet werden kann. Beispiele für Nutzlasten oder meteorologische Werkzeuge, die Raketen tragen, umfassen Druck- und Dichtesensoren. Inzwischen werden Wettersatelliten von Meteorologen verwendet, um Wolken und Wettersysteme von oben zu beobachten. Die Verwendung von Satellitendaten hat zu einer erhöhten Genauigkeit der Wettervorhersagen geführt.
Radiosonden sind kleine Funksender, die entwickelt wurden, um atmosphärische Messungen zu sammeln und gesammelte Daten an Wetterstationen auf der Erde zu übertragen. Frühere Versionen hatten eine Uhr oder Windmühle, die für die sofortige Aufzeichnung von Daten nützlich ist, während moderne Versionen mit Barometern, Thermometern und Hygrometern ausgestattet sind. Zusammen mit Ozon-Messgeräten, den sogenannten Ozonsonden, werden Radiosonden von einem unbemannten Ballon in die Atmosphäre befördert.