Deux sortes de mesures sont effectuées en permanence :
les mesures locales, qui évaluent en des points précis de l'atmosphère des grandeurs physiques comme la température ou l'humidité à l'aide d'appareils spécifiques (baromètre, thermomètre…), via un réseau mondial de stations (stations météorologiques et navires marchands, sondes ballons…) ;
les mesures globales permettant de suivre les mouvements des masses d'air et des courants sur toute la planète, grâce à des satellites géostationnaires, tels que Meteosat (évolution météorologique) ou Topex-Poséidon (évolution de la hauteur des mers).