Một số công cụ mà các nhà khí tượng học sử dụng để thu thập thông tin về thời tiết và khí hậu bao gồm nhiệt kế, phong vũ biểu, psychrometers và đồng hồ đo mưa. Họ cũng sử dụng máy đo gió, ẩm kế, bản đồ thời tiết, bóng bay thời tiết và vệ tinh thời tiết.
Một nhiệt kế cho phép các nhà khí tượng học đo nhiệt độ của bầu khí quyển. Nhiệt kế thường là các ống thủy tinh chứa đầy rượu, thủy ngân hoặc các chất lỏng khác. Chúng biểu thị nhiệt độ khi không khí xung quanh ống làm nóng chất lỏng, làm chất lỏng nở ra và đi lên trong ống.
Một phong vũ biểu được sử dụng để đo áp suất không khí và giúp các nhà khí tượng học xác định xem áp suất không khí đang tăng hay giảm. Các nhà khí tượng học đo độ ẩm tương đối bằng áp kế psychrometer, sử dụng hiệu ứng làm mát của bay hơi và bao gồm hai nhiệt kế. Họ đo lượng mưa rơi trong một khoảng thời gian cụ thể bằng dụng cụ đo mưa và họ sử dụng cánh gió để phân biệt hướng gió thổi.
Máy đo gió đo tốc độ gió, trong khi máy đo độ ẩm đo độ ẩm của bầu khí quyển. Bản đồ thời tiết hiển thị các điều kiện khí quyển trên một khu vực rộng lớn hơn trên bề mặt Trái đất và chúng giúp các nhà khí tượng học đưa ra dự báo thời tiết. Bong bóng thời tiết rất hữu ích trong việc đánh giá điều kiện thời tiết ở các tầng trên của khí quyển. Các nhà khí tượng học cũng thu thập và kiểm tra dữ liệu do các vệ tinh thời tiết gửi về, có khả năng theo dõi các chuyển động lớn của không khí.
