天气和气候的冷暖、风霜雨雪的变化，对人们生活、生产实践是再重要不过的事。穿衣、走路甚至居住，都免不了要看天行事。
在长期的生产实践中，人们与天作斗争，与地作斗争，逐渐掌握了气象方面的一些知识，根据物象、天象来预测天气。
远在3000年前的商代，我国就用甲骨文来记载关于刮风、下雨、旱、涝等的天气情况了。这是公元前1217年商代甲骨文的气象记录，上面的文字是：癸亥卜，鼎(真)旬。三月。乙丑，夕(夜)，雨。丁卯，明，雨。戊(辰)，小采日，雨，风。己(巳)，明，启(霁)。壬申，大风自北。
对于天气现象产生的原因，我国古代人民对一些现象作了解释。《庄子》一书中说：“大块噫气，其名为风。”这说明风是由于空气的流动而形成的。南宋的朱熹对雨的产生作了解释：“气蒸而为雨，如饭甑盖之，其气蒸郁而汗下淋漓。”他还说过露不是降落的。李时珍的《本草纲目》中说：“露者，夜气着物而润泽于道旁也。”
我国古代的史书以及各地的地方志上，都有较详细的气象记录。从汉代以来，就记录了大旱、大寒以及霜雪冰雹等特殊的气象，特别是各朝的首都一带地区更为详细。
我国很早就使用气象仪器来观测天气状况了，是最早发明风向计和雨量器的国家。东汉的张衡在公元132年发明了候风地动仪。它立一根5丈(约167米)的高竿，竿上装一只可以转动的铜鸟，根据铜鸟随风转动的方向，就可以看出是什么风向了。这同12世纪外国书籍上记载的候风鸡相似，比铜鸟的记载要晚1000年。
我国古代还有一种风向旗，在旗上系着小铃，挂在高竿上。看看旗被吹向的方向，就知道吹的是什么风。这同现代的风向袋相似。
我国最早使用了雨量器。在1247年宋代的《数书九章》中有记叙。雨量器大小统一标准，圆筒直径14厘米，并有铜制的量雨标尺。
但是，在一个相当长的时间里，除了使用少数气象仪器外，主要依靠物象、天象来预报天气。
到了17世纪，科学家发明了气压计和温度计，而后又相继发明了温度计和风速仪，这样就可定量测定某地的天气状况了。
气象工作中最重要的天气预报是怎样诞生的呢？1854年11月14日，风暴突然袭击黑海，风速达每秒30米，海上掀起巨浪，英法联军舰队正在海上协助土耳其同俄国作战，几乎全军覆灭。后来，法国军队的作战部要求巴黎天文台台长勒佛里埃研究风暴的来龙去脉。他分别写信给各国的天文、气象工作者，要求他们提供这次风暴发生前后几天里的气象情报，收到了250封回信。根据这些报告分析，原来这次风暴来自大西洋，自西向东吹向黑海，出事前两天，西班牙和法国首先受到影响，如果那里设有气象台、站，而那时已有了电报，如果把风暴的消息早日电告英法舰队，就可以减少损失。
1855年，勒佛里埃在法国科学院作报告说，如果建立了气象站网，用电报集中到一个气象总台，分析绘制成天气图，就可能推断出风暴的行踪。当时，社会上需要有关气象消息，法国于1856年成立了世界上第一个正规的天气预报服务系统，这比用谚语作预报又大大前进了一步。
1856年，巴黎的气象局每天都印制出当天的天气图。1863年开始，在报刊上开始刊登天气预报。很快，在欧洲其他国家也开展了气象工作，从1914年开始，又将各国资料汇集在一起，绘制出全欧洲的统一的天气图。
到了20世纪40年代，无线电探空仪被发明和应用后，从此除了同时汇集的各地气象站、台的地面资料，又增加了高空气象资料。有了高空天气图，就出现了气压场为中心的长波理论和气压系统的发展理论，它可以作出未来3～5天天气状况的预报。
挪威气象学家维·比扬克尼斯首次尝试把天气预报问题变成数学问题，由于工作十分艰巨，没能实现。后来，英国数学家里查逊组织人力，花了九牛二虎之力才算出24小时的预报。由于计算过于简单，效果也不好。里查逊说，如果要同天气“比赛”，每天大约要几万人日夜不停地计算才行。从此，就再没有人去用数学来求解计算了。
电子计算机出现了，计算速度真神。几万人一天的工作量，用电子计算机来计算，只要几分钟就解决问题啦。从此，气象学家越来越完善了预报方程。在方程中，既考虑到大陆，也考虑到海洋；不仅考虑到平原、高山，还考虑到高空。20世纪50年代起，气象学家实现了一种新型的预报方法——数值天气预报。它完全由电子计算机计算作出预报。它既可以测算未来12小时、24小时、48小时的短期天气，也可以预报5天、10天、15天的中期天气。气象学家甚至利用新发现的大气中的一种特长的慢波，通过精密计算预报未来一个月、两个月、三个月甚至更长时间的天气。
华沙大学的波兰科学家在进行国际气象规划的研究工作中，为近500年天气异常性规律的预测，研制了一种数学模拟器。根据气象学家近200年积累的大量气象学资料和所取得的研究成果，他们进行了大量的研究和运算，并揭示了有规律的温度变更和降水变更量，其中温度周期数为11年、22年、90年和220年；降水量变更周期为11年、22年、75年和230年。这些周期数与太阳运动情况密切相关。他们作出了未来500年的气候预报(只适应于东欧各国)；最冷的冬天在2001年、2504年、2247年和2492年；特别温暖的冬天是2151年和2360年。最酷热的夏天在2027年、2138年、2218年、2398年和2478年；凉夏在1997年、2078年、2168年、2257年、2347年和2435年。近100年内降雨量最多的年份是在1998年。