地面气象观测仪器有气温观测仪器、湿度观测仪器、气压观测仪器、风向风速观测仪器、降水观测仪器等；高空气象探测仪有探空仪和天气雷达等。主要的仪器有自动气象站、自动雨量站、风速风向仪、风向袋、百叶箱、温湿度记录仪、传感器、风向标、风速报警仪、风能测风仪、气象中心软件、gprs无线传输模块等。
探空仪主要用于探测大气中各高度之重力位(压力)、温度、湿度、风向、风速等要素，由发射机和接收机二大部分组成。发射机内有压力、温度、湿度 ( 即p.t.u )等感应部，亦有探测臭氧层之专用探空仪，内加装臭氧感应器。发射机携在填充氢气之汽球上，以每分钟 350公尺之速度上升，测得各高度之压力、温度、湿度资料，依序发出信号，由接收机接收，而风向及风速之量测则由汽球之移动水平角及仰角，加以计算，移动方向即为风向，移动速度即为风速。接收机接受之信号，储存在 pc 电脑中，并加以整理，可自动绘制斜温图，印出特性层及日报表，自动编制气象电码，直接传送到气象预报中心使用。
天气雷达是专门用于大气探测的雷达。属于主动式微波大气遥感设备。与无线电探空仪配套使用的高空风测风雷达，只是一种对位移气球定位的专门设备，一般不算作此类雷达。气象雷达是用于警戒和预报中、小尺度天气系统(如台风和暴雨云系)的主要探测工具之一。常规雷达装置大体上由定向天线、发射机、接收机、天线控制器、显示器和照相装置、电子计算机和图象传输等部分组成。
气象观测是大气环境监测的重要内容，它为大气污染趋势分析与大气环境评估、提出控制污染方案、研究大气污染规律和开展大气物理科学研究提供了科学的依据。而气象观测必须依赖于气象仪器，因此，气象仪器在大气环境监测中的重要作用。