เครื่องมืออุตุนิยมวิทยาประเภทต่าง ๆ เป็นเครื่องมือบรรยากาศระดับต่ำกลางและบน เครื่องมือชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่ารวมถึงเครื่องวัดอุณหภูมิ, บารอมิเตอร์, มาตรวัดฝน, เครื่องวัดความเร็วลมและไฮโกรมิเตอร์ จรวดและดาวเทียมเป็นเครื่องมือในชั้นบรรยากาศกลางในขณะที่เครื่องมือชั้นบรรยากาศส่วนบนประกอบด้วยเรดิโอและเรดิโอ ในการใช้เครื่องมืออุตุนิยมวิทยาต่างๆข้อมูลโดยรวมสำหรับการพยากรณ์อากาศค่าเฉลี่ยของข้อมูลภูมิอากาศและข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิไอน้ำโปรไฟล์ลมและมลพิษอาจได้มา
มนุษย์ยุคแรกทำการสำรวจเกี่ยวกับสภาพอากาศและภูมิอากาศเป็นส่วนใหญ่เพียงแค่มองไปที่ท้องฟ้า เครื่องมืออย่างง่ายเช่นใบพัดกังหันอากาศถูกประดิษฐ์ขึ้นแล้ว แต่มันก็มีค่าสำหรับการวัดข้อมูลภูมิอากาศเท่านั้นไม่ใช่สำหรับการวัดข้อมูลสำหรับการพยากรณ์อากาศ เครื่องมือง่ายๆเหล่านี้ไม่มีการวัดที่แม่นยำซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นในการพยากรณ์อากาศ ด้วยการคิดค้นเครื่องมืออุตุนิยมวิทยาที่ทันสมัยอย่างไรก็ตามการวัดเชิงปริมาณสามารถทำได้โดยนักอุตุนิยมวิทยามืออาชีพ นักวิทยาศาสตร์ยอมรับว่าความแม่นยำของเครื่องมืออุตุนิยมวิทยาสมัยใหม่นั้นเหนือกว่าสำหรับการวัดข้อมูลภูมิอากาศบรรยากาศและการพยากรณ์อากาศ
เครื่องมือวัดอุณหภูมิที่เรียกว่าเทอร์โมมิเตอร์มีให้เลือกสองประเภท: เครื่องกลและไฟฟ้า เครื่องวัดอุณหภูมิแบบของเหลวในแก้วเป็นแบบเชิงกลส่วนเครื่องวัดอุณหภูมิแบบความต้านทานเป็นแบบไฟฟ้า ใช้ในการวัดน้ำหนักของอากาศเรียกว่าวิทยาศาสตร์ความกดอากาศ barometers อาจจัดเป็นปรอทหรือที่ใช้ในห้องปฏิบัติการวิจัยและ aneroid หรือที่ใช้ในบ้านและสถานีอากาศ การตรวจสอบบารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์อย่างสม่ำเสมอกับบารอมิเตอร์แบบปรอทเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสอบเทียบ นอกจากนี้บารอมิเตอร์แบบแอนรอยด์อาจถูกสร้างขึ้นเป็นเครื่องมือการบันทึกที่เรียกว่า barograph โดยการวางปากกาไว้ที่ตัวชี้
พิจารณาเครื่องมืออุตุนิยมวิทยาที่เร็วที่สุดมาตรวัดปริมาณน้ำฝนเป็นเครื่องมือที่ง่ายต่อการสร้างที่วัดปริมาณน้ำฝน ในศตวรรษที่สี่ก่อนคริสต์ศักราชมีการบันทึกข้อมูลมาตรวัดปริมาณน้ำฝนที่เก่าแก่ที่สุดในอินเดียซึ่งเชื่อว่ามีเครือข่ายอยู่เนื่องจากบันทึกค่าเฉลี่ยปริมาณน้ำฝนในหลายพื้นที่ ในขณะเดียวกันเครื่องมือวัดความเร็วลมที่เรียกว่าเครื่องวัดความเร็วลมมี "ถ้วย" ที่หมุนรอบแกนกลางเมื่อลมเคลื่อน ความชื้นหรือความชื้นในอากาศสามารถวัดได้โดยใช้เครื่องวัดความชื้น เครื่องวัดความชื้นสองประเภทที่ใช้โดยนักอุตุนิยมวิทยาคือเครื่องวัดอุณหภูมิและเครื่องดูดความชื้น
จรวดเป็นเครื่องยนต์สันดาปภายในที่มีเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ของตัวเองซึ่งเป็นสาเหตุที่มันสามารถทำงานภายในและใช้เพื่อศึกษาบรรยากาศของโลก ตัวอย่างของน้ำหนักบรรทุกหรือเครื่องมืออุตุนิยมวิทยาที่จรวดมี ได้แก่ เซ็นเซอร์ความดันและความหนาแน่น ในขณะเดียวกันอุตุนิยมวิทยาดาวเทียมใช้เพื่อสังเกตเมฆและระบบสภาพอากาศจากด้านบน การใช้ข้อมูลดาวเทียมส่งผลให้ความแม่นยำของการพยากรณ์อากาศเพิ่มขึ้น
Radiosondes เป็นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้นเพื่อรวบรวมการวัดบรรยากาศและส่งข้อมูลที่เก็บรวบรวมไปยังสถานีตรวจอากาศบนโลก รุ่นก่อนหน้านี้มีนาฬิกาหรือกังหันลมที่มีประโยชน์สำหรับการบันทึกข้อมูลได้ทันทีในขณะที่รุ่นที่ทันสมัยมีการติดตั้งบารอมิเตอร์เครื่องวัดอุณหภูมิและไฮโกรมิเตอร์ เมื่อรวมกับเครื่องมือวัดระดับโอโซนที่เรียกว่า ozonesondes, radioondes จะถูกส่งไปยังชั้นบรรยากาศโดยบอลลูนไร้คนขับ
