Изучая физические свойства атмосферы, метеорологи исследуют явления, происходящие на всех высотах. Исходные данные, используемые в этих исследованиях, были бы недостаточными, если бы они ограничивались только нижним слоем атмосферы высотой несколько сотен метров. Кроме того, долгосрочные прогнозы погоды, а также теории, относящиеся к формированию воздушных масс и к их изменениям, опираются на данные, охватывающие не только отдельные местности, но и весь земной шар, а также длительные отрезки времени.

В настоящее время для многих районов имеются ряды надежных метеорологических наблюдений за периоды около 100 лет. Для некоторых же местностей результаты наблюдений накоплены лишь за последние 25 лет. В сбор метеорологических данных внесло свой вклад много людей. Специализированные метеорологические станции иногда пополняют собираемые ими данные путем использования сведений, полученных другими организациями. Кроме того, большой объем данных ежедневно поступает в национальную службу погоды США от добровольных метеонаблюдетелей. Все же основную часть наблюдений выполняют метеорологи-профессионалы, и именно от их творческой инициативы и опыта зависит расширение путей и способов дальнейшего накопления метеорологической информации.

Самой трудной задачей для метеорологов все еще остается получение данных о высоких слоях атмосферы. Разработано много способов сбора этих данных. В прошлом метеорологические приборы поднимали на специальных воздушных змеях. Позднее начали использовать воздушные шары, затем метеорологические и геофизические ракеты, а теперь и спутники. Огромный вклад в расширение знаний об атмосфере внесла авиация, и, по-видимому, этот вклад еще увеличится в будущем, когда методы управления погодой усовершенствуются.