云、雨、雹、雪、风和太阳都是每日频繁出现的天气特色，长久以来都吸引着人类。无数的人们在思考它并设法预测它的变化。祈求神灵重视它那巨大而又骇人的自然神力。占星者们利用星辰的移动预测天气，农夫和水手们积累气象规律，依照现有的条件显示未来大气状况的特点。
然而，试图预测天气并不等同于成功。对于大部分人类历史而言，气象预测总能令人失望和惊愕。有时或绝大多数时间里，经验法则更起作用。一旦它们失去功效，其结果是极悲哀的。公元前340年，希腊哲人亚里士多德在他的《气象学》论著中概述了很多有价值的气象知识，尽管亚里士多德对物质世界有些错误概念(例如他认为根本不存在真空)，但他的观点持续了近1500年之久，被看做气象学科学的前奏曲。17世纪在欧洲，人们创造力的发挥导致了温度表、晴雨表的发明，并将风速表、温度计加以改良。这就为严格的天气变量(诸如气温、气压、风和湿度)的系统记录，奠定基础。
19世纪随着人们对大气层的基本了解，测量技术得到提高。在美国殖民时期，本杰明·富兰克林根据观察起初在费城的风暴，并获悉它接着席卷了波士顿，从而推断气象系统是自西向东移动的。后来，由于19世纪50年代电报广泛使用，人们将观测的结果汇总，并在几分钟内编好，真正的天气预报诞生了。在这一领域，由军方和商船队掌握的精确记录十分重要。同时，物理和化学家们找到了控制大气的规律，气象学家对其动态作出解释。到了1900年，几个国家气象服务部门发布了正式的天气预报。
由于气象用气球、雷达和卫星的出现，20世纪人类将“人眼”送上了天空。这种想法最初是由挪威气象学家韦尔海姆·皮叶克尼斯提出的。用方程式写出大气规律，使解决办法更为精确。自20世纪50年代，计算机使这种方法进一步发展。利用大量的数据处理，作出预报图，也可对尚未形成的气象系统作出预测，全球性的气象图总体特征提前10天就可预测。虽有局限性，但预测十分准确。气象预报提前3～6个月就可预测出某一地区气温和降水趋势，这都要归功于像韦尔海姆的儿子贾库伯·皮叶克尼斯这样一些科学家们的工作，他使人们更加清楚地了解到厄尔尼诺南方涛动这样有全球影响的现象。