卫星寿命仅有几年——这给科学家发射新卫星提供革新的机会。经过过去20年的发展，人类对大气层的了解更广泛了，南极“臭氧空洞”每年的增减均已得到的监控，是根据从同温层到它上方的极地轨道卫星所反射的紫外线照射量而定。美国于1995年发射一种探测器用以监测云内部和从云到地面的闪电，测量结果表明：闪电还不及科学家们所料想的一半。一些卫星甚至携带雷达设备进入太空。这些设备是测量洋面的高度（水温的指数），以及大海的风暴潮（海面风速指南）。
人们常观测天气，但全球性的气象图每天只安排两次，即在世界时0000点和1200点——全球公认的24小时制。无线电探空仪也被发射，全套外表观测全都完成，全球各主要气象台站共同使用这种数据。所绘出的图表明在不同等压面（如在850，700和500毫巴）的风力，也表明来自无线电探空仪记录的温度、湿度和气压高。要详细审查这些数据，因为即使少数错误的观测，一旦进入计算机预测系统，就会造成严重损失。专门设计的软件查找在一般气象图中不相应的观测。类似的作法可以调节数据，使它们适应地图网格。这些格点被用于模式中用以由目前天气推断将来天气的形势。来自无线电探空仪的数据在图表上用标点标注，被称作热力探测。每次探测表明在某一指定地点上空从地面到对流层顶部温度和湿度的追踪调查。挨着探测是表示每个高度的风向和风速的箭头，标记同水平气象图表一样。探测可以用来计算降雨量和湿度及形成暴风雨的能量、雷暴旋转，进而生成龙卷的可能性。
大部分国外制造的卫星用于研究而不是用来预测天气。卫星在大气层不同的高度测量温度以弥补全球无线电探测网的不足。这种情况在海洋和南半球上空很正常，因为那里的无线电探测网太少了。
查天气图
在二战期间雷达首次应用于军事领域。他们试图用无线电光束的反射找到敌机，但由于雨水造成纷乱的反射而影响了他们的计划。当科学家们看到这种混乱情形时，他们却十分兴奋。因为他们找到了一种可以探测云后隐藏物质的一种仪器。几年后，雷达成为研究风暴的标准工具。科学家甚至用雷达，发现了云层上空气流循环和地面上龙卷风旋转的关系。
常规雷达有其局限性，当风暴移动时，雷达观测仪的反射波（微波返回）也会移动，但风暴内部的运动因巨大的白色水滴而大部分消失。但在20世纪50年代，研究人员研制一种新式雷达，叫作多普勒雷达。它可探测云内部的运动，现在，多普勒雷达在提高天气预报能力方面起到重要的作用，可以预测短期强风暴发展的情况。
雷达释放微波，被空中的物质返弹回来。多普勒雷达在反射微波时，可以明察波频中微小的变化。如果一滴雨水射向雷达，它所反射波频就会增加；反之当水滴离雷达越来越远，波频就会下降。这种波频规律是由澳大利亚物理学家多普勒于1842年发现的。他解释为什么火车汽笛在火车开近时声音很大而火车离开时声音减弱的原因。起初，多普勒雷达十分笨重。计算机也无法承担数据的运算过程。到了20世纪70年代，龙卷风研究者们用多普勒雷达测出几次风暴。到了20世纪80年代初，科学家用多普勒雷达群展示暴风雨的三维结构，解释了威胁飞机微爆炸的存在。
多普勒雷达也可帮助气象预报者们测量降雨量。最新的雷达还可对洪水做精确预报。通过对多普勒雷达实行极化，研究人员们可一一辨别出垂直和水平的反射波。它同使太阳镜极化达到消除强光刺激的方法一样。气象专家们依据垂直，和水平波的对比测定雨滴的大小：垂直与水平波返回的比例也依赖雨滴的大小。因为雨滴在变得越来越大时也会变得越来越平。科学家们也可以辨别大雨滴和冰雹，因为冰雹比汉堡包形状的雨滴更圆。
多普勒雷达还在不断完善，发现也不断涌现。自20世纪80年代末，风暴跟踪人员使用便携式多普勒雷达从龙卷风的起始云层中找出形成风的细微变化。自1996年，跟踪者们把雷达带到飓风内部，测出了以前的仪器无法测出的迷人的风旋。新揭示的现象还有待解释。
天气预测
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。”
电视天气预报
在一次大尺度风暴中，公众们知道要依靠电视向他们提供所需的信息。但天气在风暴期间并非像电视所播报的那样糟。制片人仅把天气预报安排在新闻之后，因为他们发现天气是人们看电视新闻的主要原因。
许多电视气象预报员并不是气象学家，在电视发展初期，这种情况几乎没有什么变化，电视台雇用当地漂亮女士、木偶艺术家和小丑来解释天气。一些天气预报用韵文或卡通片来表达或唱出来。最好的制图也仅用粉笔板来描述。丑角作法还未消失。一位著名的澳大利亚主持人在每次电视播放时用一种指示物，甚至把一只冰柱和一块冰淇淋卷放在画室热的灯光下。
然而，根据播报员所掌握的科学知识以及所受的教育和在镜头前工作准确程度，现在他们有的已被国家气象部门所认可。在美国，许多电台自行播报天气，但还以国家天气局为指导。在一些大都市和天气条件较差的地区，气象专家们比在政府工作的同行们还要早地拥有多普勒雷达。
许多电台拥有大批自愿打电话汇报当地天气状况的志愿组织网，气象专家们和图像专家们在电视台工作，充分利用计算机创作当地的三维立体模拟图、图表和“气旋”。他们检验这些不完善的数据，同观测者通话攀谈，进行格式化预测，选择图片，快速写出他们的地理方位，并常在广播或电视上一小，时播报几次。
