气象观测是气象工作和大气科学发展的基础。气象观测记录和依据它编发的气象情报，除了为天气预报提供日常资料外，还通过长期积累和统计，加工成气候资料，为农业、林业、工业、交通、军事、水文、医疗卫生和环境保护等部门进行规划、设计和研究，提供重要的数据。
采用大气遥感探测和高速通信传输技术组成的灾害性天气监测网，已经能够十分及时地直接向用户发布龙卷、强风暴和台风等灾害性天气警报。大气探测技术的发展为减轻或避免自然灾害造成的损失提供了条件。
年4月1日起，我国地面气象观测自动化改革从全国试运行切换调整为正式业务运行，正式迈入地面气象观测全面自动化时代。
随着大数据、人工智能等科技的发展，通过配备自动观测设备及应用卫星遥感、多源数据自动综合判识、智能图像识别等多种技术手段，全面自动化观测逐渐具备现实基础。
中国气象事业将瞄准“监测精密”的目标，着力发展全时全域全要素的综合气象观测，深耕业务能力建设，以现代化建设推动气象事业高质量发展。
气象观测
是研究测量和观察地球大气的物理和化学特性以及大气现象的方法和手段的一门学科。主要有大气气体成分浓度、气溶胶、温度、湿度、压力、风、大气湍流、蒸发、云、降水、辐射、大气能见度、大气电场、大气电导率以及雷电、虹、晕等。从学科上分，气象观测属于大气科学的一个分支。它包括地面气象观测、高空气象观测、大气遥感探测和气象卫星探测等，有时统称为大气探测。由各种手段组成的气象观测系统，能观测从地面到高层，从局地到全球的大气状态及其变化。
气象观测仪器
经过三百多年的发展，应用于研究和业务的气象观测仪器，已有数十种之多，主要包括直接测量和遥感探测两类：前者通过各种类型的感应元件，将直接感应到的大气物理特性和化学特性，转换成机械的、电磁的或其他物理量进行测量，例如气压表、温度表、湿度表等；后者是接收来自不同距离上的大气信号或反射信号，从中反演出大气物理特性和化学特性的空间分布，例如气象雷达、声雷达(见声波大气遥感)、激光气象雷达(见激光大气遥感)、红外辐射计(见红外大气遥感)等。这些仪器广泛应用了力学、热学、电磁学、光学以及机械、电子、半导体、激光、红外和微波等科学技术领域的成果。
此外，还有大气化学的痕量分析等手段。气象观测仪器必须满足以下要求：①能够适应各种复杂和恶劣的天气条件，保持性能长期稳定。②能够适应在不同天气气候条件下气象要素变化范围大的特点，具有很高的灵敏度、精确度和比较大的量程。此外，根据观测平台的工作条件，对观测仪器的体积、重量、结构和电源等方面，还有各种特殊要求。
气象观测平台
根据特定要求安装仪器并进行观测工作的基点。地面气象站的观测场、气象塔、船舶、海上浮标和汽车等都属地面气象观测平台；气球、飞机、火箭、卫星和空间实验室等，是普遍采用的高空气象观测平台。它们分别装载各种地面的和高空的气象观测仪器。
资料处理
现代气象观测系统所获取的气象信息是大量的，要求高速度地分析处理，例如，一颗极轨气象卫星，每12小时内就能给出覆盖全球的资料，其水平空间分辨率达1公里左右。采用电子计算机等现代自动化技术分析处理资料，是现代气象观测中必不可少的环节。许多现代气象观测系统，都配备了小型或微型处理机，及时分析处理观测资料和实时给出结果(见气象资料处理)。
气象观测网
是组合各种气象观测和探测系统而建立起来的。基本上分为两大类：
①常规观测网。长期稳定地进行观测，主要为日常天气预报、灾害性天气监测、气候监测等提供资料的观测系统。例如由世界各国的地面气象站(包括常规地面气象站、自动气象站和导航测风站)、海上漂浮(固定浮标、飘移浮标)站、船舶站和研究船、无线电探空站、航线飞机观测、火箭探空站、气象卫星及其接收站等组成的世界天气监视网(WWW)，就是一个规模最大的近代全球气象观测网。这个观测网所获得的资料，通过全球通信网络，可及时提供各国气象业务单位使用(见气象情报传输)。此外，还有国际臭氧监测网、气候监测站等。
②专题观测网。根据特定的研究课题，只在一定时期内开展观测工作的观测系统。例如20世纪70年代实施的全球大气研究计划第一次全球试验(FGGE)、日本的暴雨试验和美国的强风暴试验的观测网，就是为研究中长期大气过程和中小尺度天气系统等的发生发展规律而临时建立的。