تعتمد دراسة الطقس على قياس خصائص الهواء الأساسية، وأهمها درجة الحرارة والضغط الجوي والرطوبة. ويستخدم علماء الأرصاد هذه القياسات لفهم حالة الغلاف الجوي وبناء النماذج العددية التي تُستخدم في التنبؤ بالطقس. وكلما ازدادت دقة القياسات وتنوعت مصادرها، تحسنت دقة التوقعات الجوية.

تحليل الطقس السطحي نوع من خرائط الطقس يعرض حالة الجو على مساحة وزمن محددين اعتمادًا على قياسات محطات الأرصاد الأرضية، ويبين متغيرات كضغط سطح البحر ودرجة الحرارة وغطاء السحب والهطول لتحديد معالم واسعة مثل الجبهات وأنظمة الضغط، مستخدمًا رموزًا قياسية.

تستخدم خرائط الطقس لعرض حالة الغلاف الجوي بطريقة موحدة باستخدام رموز دولية تمثل الضغط الجوي والرياح والسحب والهطول والعناصر الجوية الأخرى. وتمكن هذه الخرائط خبراء الأرصاد من متابعة حركة المنخفضات والمرتفعات الجوية والجبهات الهوائية، كما تساعد في إعداد النشرات الجوية الموجهة للجمهور ولقطاعات النقل والطيران والملاحة البحرية.

ساتل الطقس قمر صناعي يستخدم لرصد الغلاف الجوي وسطح الأرض من الفضاء بهدف متابعة الطقس والمناخ. تقيس هذه السواتل الإشعاع المرئي وتحت الأحمر والميكروي، وتساعد في تحديد الغيوم والعواصف والرطوبة ودرجات الحرارة وحركة الرياح. تنقسم عادة إلى سواتل قطبية المدار تمر فوق مناطق واسعة من الأرض، وسواتل ثابتة بالنسبة للأرض تراقب منطقة محددة باستمرار، ولذلك تعد أداة أساسية في الأرصاد الحديثة والإنذار المبكر.

تُستخدم الخرائط المبسطة في نشرات الطقس العامة لتسهيل فهم التوقعات، بينما تعتمد القطاعات المتخصصة مثل الطيران والملاحة البحرية وتسلق الجبال على خرائط أكثر تفصيلًا تتضمن معلومات دقيقة عن الرياح والضغط والرؤية والاضطرابات الجوية، نظرًا لما تتطلبه هذه الأنشطة من مستوى عالٍ من الدقة.