试图预测天气的人们，其工作费力不讨好。很少有科学预测不受到嘲笑，因为天气预报一出现差错，其难堪可想而知。然而，尽管许多人抱怨所出的差错，人们还是看新闻，了解早上出门时该不该带伞。
现代气象预测是建立在16世纪末至18世纪的科学家们所创建的理论基础之上的。像艾萨克·牛顿和罗伯特·玻意耳这样的观测者们得出空气热胀冷缩基本理论，以及物质和能量守恒，还有大气运动时产生的力的有关理论。其他观测者们注重观察日复一日的天气这一现实。19世纪兴起的观测网，电报汇报速度使气象观测者们穿越中纬地区，向东前行，查出高压区和低压区。
19世纪，气象预报人员们试图用所谓持续性方法预测天气，他们认为，风暴运动的速度及方向通常是持续的。许多怀疑论者认为不可信赖预测天气，但天气预测越来越得人心，不久国家气象服务部门也成立了。到1900年，美国和欧洲各报上都刊登地图和天气预报。
第一次世界大战以后，观测天气的革命方法从挪威兴起，这是伴随着对锋面系统概念的形成的了解，及对低压系统的生命史的了解而产生的。这些想法为更复杂的天气预报指明一条道路，从而超越了气候学和固守论。
1922年，英国数学家理查逊幻想，成千上万的人们用数学加、减法来解运动方程式，并用数学方法预测天气。他们的想法得到普林斯顿大学的认同。1950年，该大学首次研制出计算机天气预报，以现有的标准来看，当时实在太粗略了，但他们为后续工作奠定了基础。现在，全球更完善的计算机把大气层物质用数学模式加以控制，为地方气象服务人员提供指导。这种计算机每日两次从全球范围内获取观测结果，所获数据通过计算机模型转化成有用的形式。这些模型模拟大气，但各国不尽相同。他们用三维框标出某地区、某个大陆、某个半球甚至整个地球，来跟踪那里的风、湿度、气压和温度。许多主要的预测中心用一至两个短期模型，其中一个持续48小时，另一个较长时期模型可持续10天。
计算机提供的半成品还远不能大众化，它的主要价值是表明特定天气特色的特点，指出当地天气形势，如锋面、高压中心、低压中心、高空槽和脊以及急流中心。计算机输出的资料在获得全球观测结果后几个小时就要送达地方预报单位一采取世界时0000点和12帕。
这里有一幅人类观测者的智慧所要破解的图片，他们必须用许多方法释译计算机输出的资料；各种模型是否一致？没有完美无瑕的模型，每个模型在各自描绘陆地形状、描述大气物理状况时都有各自的特点。这些特点可将天气特色显示出来。例如：低压中心可以过度发展。弱冷锋不知不觉进入到一个模型最低垂直的层面下，有时失踪的数据在某一特定日子里会破坏模型的演示，预测者们必须认出这些斜线，并对它们加以修正。
地方性天气预报，经常从统计模型开始。还要和大模型相连，因为大模型能指明某一特定城市的温度和降水量。实际上，经过长时间的拖拽，这些统计工具运行良好，它们所提供的预报比人工预报精确。但当统计数字有误，预报准确度就会大大降低。这种情况在天气变化异常时经常发生。尤为需要准确预测时，预测者们要高度警惕科学家们常说的“气象癌”——一种不加以人工判断，利用统计输出的资料使错误滋延的一种趋势。
经过数小时商榷，预测者们得出一系列推测，在未来几天内或达一周之久，这些推测通常包括所预料到的高温或低温，多云，风向及风速，降水量(如果考虑降雪，还包括降雪量)。预测者们管辖区有几千平方公里，有时在一小地域气象条件变化极大，在预测范围内，不同区域同时提供的预测也大不一样。
并非所有气象预报都由政府提供。商家提供的数据卖给私人预测部门，并在国际互联网络上显示出来。
这些部门运用观测结果和模拟结果来增强他们自身在特殊客户方面的前景，如投资者；或用在农业业主身上，因为农业业主更需要政府预测所不及的不同详情。许多电台、电视台拥有自己的天气预报员。他们中一些人仍从事天气预报工作，另外一些人受过气象知识的训练，根据自己的判断改变预测；还有一些人成为私家天气预报顾问。
气象学的发展趋势，尤其在大城市内，是一种“即时预报”，即极短期的预测可持续1～3小时。即时预报是20世纪90年代一种数据发展的产物，小规模气象系统、快速电脑网络、精确的工程图片、自动化观测、像多普勒雷达这样新工具、以及被称作气象刻度模型的全球气象预报模型区域分析，由于对上述更好的理解，即时预报才顺理成章。由于有了这些系统，气象预报员现在可以预测小规模天气特色的运动，诸如暴风雨、大雪或风向。这些在10年或15年以前是根本达不到的。
一些气象观测和警报属另一种即时预报。其中一种大大降低了因恶劣天气造成的伤亡。当大气形势呈现恶劣之时，就可以进行观测。在美国，持续几小时的恶劣风暴和龙卷风以及持续两天的飓风经由国家特殊气象中心签署后方可大规、模地进行观测。在恶劣天气出现并向你迫近时才签发警报。
20世纪50年代，地方气象部门对龙卷风、大暴雨警报在30分到1小时后才签发。持续预报要以计算机所得出大量控制方程式的模拟资料完成后而定。这些方程式比观察更能描述大气状况，许多天气预报单位在3～10天前就签发大量有关气温和降雨的预报，这些预测主要依靠长期大量的模拟结果比气候学略胜一筹。然而，它们对于像农业和交通这样对天气敏感的领域也是十分重要的。甚至从天气方面作一点暗示，都会节省大量财富。
混沌科学告诉我们：即使集中最好的观测仪器和计算机，各种天气状况事先在两周内也是无法知道的，但这并未阻碍科研人员运用新型预测工具，气象预报员通过全方位立体表现，在事先3～10天就可以精确预测出天气状况来。
依照这种方法，开始每个模型利用细微的，具有全球性的变化进行操作，这种变化致使模型随时分开。根据分离情况，人们可以分辨所提供的气象预报是否可靠，分开越大，预测越不准确。预报员用气压场中的“曲线图”，观察不同模式画出的线是否一致还是像面团一样纪缠在一起。
季节的特色，如无论冬季干燥、温暖还是寒冷湿润，都可以进行预测。天气预报更主要依赖海洋变化，它呈现进展缓慢、但影响面大的特点。这种在某地的气象状况和远程天气状况之间的联系被称作遥相关。
在所有长期预测中，全球气候模式正追踪添加在大气上的温室气体。这种气候模式预示下世纪全球气温会升高，而这种趋势的地域性和地区性影响很难预测。这是新世纪摆在天气预报人员面前的挑战，但不稳定性也属一份。从哲人角度讲，这种情况完全可以面对，正如19世纪英国天气预测者内皮尔·肖曾写过的一句话，“气象预测者的心会更了解其中的辛酸，一个门外汉不是出于乐趣，但却起到干涉作用。”