De olika typerna av meteorologverktyg är instrumenten nedre, mellersta och övre atmosfären. Instrument med lägre atmosfär inkluderar termometrar, barometrar, regnmätare, vindmätare och hygrometrar. Raketer och satelliter utgör instrumenten i mellanatmosfären, medan instrument i övre atmosfären är sammansatta av radiosonder och ozonsonder. Genom att använda de olika meteorologverktygen kan övergripande data för väderprognoser, medelvärden av klimatologiska data och data om temperatur, vattenånga, vindprofiler och föroreningar erhållas.
Tidiga människor gjorde observationer om vädret och klimatet mestadels genom att bara titta på himlen. Enkla instrument som väderflöjlar har då uppfunnits, men de var värdefulla endast för att mäta klimatologiska data, inte för att mäta data för väderprognoser; dessa enkla instrument ger inte exakta mätningar, vilket är avgörande för att göra väderprognoser. Med uppfinningen av moderna meteorologverktyg kan dock kvantitativa mätningar göras av professionella meteorologer. Forskare är överens om att noggrannheten hos moderna meteorologverktyg är överlägsen för att mäta klimatologiska, atmosfäriska och väderprognosdata.
Temperaturmätningsinstrumentet som kallas termometer är av två typer: mekaniskt och elektriskt. Vätske-i-glas-termometrar är mekaniska, medan motståndstermometrar är elektriska. Används för att mäta vikten av luft, vetenskapligt kallad atmosfärstryck, barometrar kan klassificeras som kvicksilver, eller de som används i forskningslaboratorier, och aneroid, eller de som används i hem och väderstationer. Regelbunden kontroll av en aneroidbarometer mot en kvicksilverbarometer behövs för kalibreringsändamål. Dessutom kan en aneroidbarometer göras till ett inspelningsinstrument som kallas barograf genom att placera en penna på dess pekare.
Regnmätaren anses vara det tidigaste av meteorologverktygen och är ett lätt att konstruera instrument som mäter mängden nederbörd. Under det fjärde århundradet f.Kr. registrerades de äldsta regnmätarnas data i Indien, där närvaron av ett nätverk tros ha funnits på grund av registreringar av nederbördsmedelvärden i flera områden. Samtidigt har vindhastighetsmätinstrumentet som kallas vindmätare ”koppar” som roterar runt en axel i mitten när vinden flyttar dem. Luftfuktighet, eller fukthalten i luften, kan mätas med hjälp av en hygrometer. De två typerna av hygrometrar som används av meteorologer är psykrometer och absorptionshygrometer.
En raket är en förbränningsmotor som bär sitt eget bränsle och oxidationsmedel, vilket är anledningen till att den kan verka inom och användas för att studera jordens atmosfär. Exempel på nyttolaster, eller meteorologverktyg som raketer bär, inkluderar tryck- och densitetssensorer. Samtidigt används vädersatelliter av meteorologer för att observera moln och vädersystem från ovan. Användningen av satellitdata har resulterat i en ökad noggrannhet i väderprognoserna.
Radiosonder är små radiosändare som utvecklades för att samla in atmosfäriska mätningar och för att överföra data som samlats in till väderstationer på jorden. Tidigare versioner hade en klocka eller väderkvarn som är användbar för omedelbar registrering av data, medan moderna versioner är utrustade med barometrar, termometrar och hygrometrar. Tillsammans med instrument som mäter ozonnivån som kallas ozonsonder förs radiosonder ut i atmosfären av en obemannad ballong.