对大气的物理、化学特性和大气现象进行的观察和测量。是获取大气信息的基本手段，是制作天气预报和气候预测，实施气象保障和进行大气科学研究的基础。按探测原理，分为直接探测和遥感探测。探测内容主要有：气温、气压、空气湿度、地温、海水温度、风向、风速、云、能见度、蒸发、辐射、降水、雷暴、沙尘暴、积雪和其他天气现象，以及大气成分、气溶胶、大气电场、大气臭氧等。通常使用地面气象观测仪器、高空气象探测仪器和气象卫星、气象雷达、气象火箭、气象飞机等进行探测。