wykorzystywane są najnowsze zdobycze techniki - rakiety meteorologiczne, stacje radarowe, sztuczne satelity Ziemi, komputery.
Pierwsza radiosonda opracowana przez Mołczanowa, umożliwiająca uzyskanie pionowego profilu elementów meteorologicznych w atmosferze, powstała w 1930 r. Na początku naszego wieku powstały też teorie wyjaśniające powstawanie niżów (V. F. Bjerknes - Norwegia), została odkryta stratosfera (1902 r. - R. Assmann i L. Teisserenc de Bort), a w 1920 r. została opracowana przez L. F. Richardsona pierwsza numeryczna mapa pogody.
Zanotowano ogromny postęp w badaniach fizyki chmur, powstawania opadów, jonos-fery, w aktynometrii i wyjaśnianiu mechanizmów ogólnej cyrkulacji atmosfery.
W 1928 r. T. Bergeron sklasyfikował masy powietrza i wprowadził pojęcie klimatologii dynamicznej, a w 1963 r. E. N. Lorenz zastosował teorię chaosu do prognozowania pogody. W latach 70. XX w. zostały opracowane skale oceniające intensywność wiatrów: 5-stopniowa skala H. Saffira i B. Simpsona intensywności huraganów (cyklonów tropikalnych) i 6-stopniowa skala T. Fujity dotycząca intensywności tornad na obszarze Stanów Zjednoczonych AP.
Ważnymi datami w badaniach atmosfery w ostatnim 50-leciu są: rok 1960 - wystrzelenie pierwszego satelity meteorologicznego; 1962 - opracowanie przez WMO światowego programu Systemu Badań i Prognoz Pogody; 1966 - wystrzelenie pierwszego geostacjonarnego satelity meteorologicznego i przekazanie obrazów zmian pogody; 1969 - otrzymanie pierwszego profilu pogody pomierzonego przez satelitę; 1987 - opracowanie sieci telekomunikacyjnej umożliwiającej automatyczne połączenie i wymianę informacji między centrami meteorologicznymi.
Na ziemiach polskich pierwsze obserwacje pogody były notowane przez profesorów krakowskich już na przełomie XV i XVI w. (Kroniki ks. Marcina Bierna z Olkusza, rektora Wszechnicy Krakowskiej, jednego z profesorów M. Kopernika). Systematyczne, instrumentalne obserwacje meteorologiczne rozpoczęto w Warszawie w 1655 r. w ramach tzw. florentyńskiej sieci meteorologicznej, zorganizowanej przez Ferdynanda II, księcia toskańskiego. Była to pierwsza sieć międzynarodowa, składająca się z 11 stacji, w tym 4 poza Włochami. Obserwacje prowadzono do około 1667 r.
W następnych dziesięcioleciach były podejmowane różne próby obserwacji - razem w ok. 30 miejscowościach, w tym w Gdańsku, Krakowie, Toruniu, Warszawie, Żaganiu i innych. Regularne obserwacje meteorologiczne, trwające do dziś, rozpoczęto dopiero pod koniec XVIII w. w Krakowie, Warszawie i Wilnie (w Warszawie od 1776 r., w Krakowie od 1792 r., w Wilnie od 1777 r.). W Krakowie inicjatorem obserwacji był dyrektor Krakowskiego Obserwatorium Astronomicznego - Jan Śniadecki, w Wilnie - Michał Odlanic-ki-Poczobut. W XVII w. rozpoczęto obserwacje również w Gdańsku (1655 r.) oraz we Wrocławiu (1682 r.) i są prowadzone one z małymi przerwami do dziś.
Pod koniec XIX stulecia i na początku XX, na współczesnym obszarze Polski istniały właściwie cztery działające niezależnie od siebie sieci stacji meteorologicznych: rosyjska, austriacka, pruska i tzw. warszawska (nie licząc „branżowych”). Ich scalenie nastąpiło dopiero w 1919 r., gdy powstała Polska Państwowa Służba Meteorologiczna, której organizatorem i pierwszym kierownikiem był W. Gorczyński.