到了20世紀40年代，每天無線電探空儀傳播的信息遍布全球。氣象學家們很快就會算出高空急流和其他的特征。現在，全球每天都會發射1000個無線電探空儀，大部分在北半球。
雷達是最佳追蹤器，在雷雨天裏，可以跟蹤風；也可以將雨和雪的區域繪鹹地圖。第一部雷達在二戰期間研製並改進，隨後變成民用雷達。雷達發送電磁信號，通常是微波，遇到雨滴、冰雹和雪花時就會返折回來；通過測算信號返回到雷達所需的時間及有多少信號返回來，科學家們可以算出降水區有多遠，降水量有多大。
多普勒雷達在20世紀90年代被廣泛使用，它利用返回信號的頻率估測降水目標移動的速度——估測風吹動它們的速度。
在北美、歐洲和澳大利亞，人們經常收集從雲層到地麵閃電的資訊。它們用來區分和跟蹤風暴以及森林大火的調查，還用在航空和其他領域。美國氣象網站約有100組雷達天線網，探測雲層到地麵的脈衝信號的角度或到達的時間，每年都有兩千萬次以上這樣的衝擊。首次從地球到太空的想法改變了人們如何認識自己的家園，引發全球環境改變，也改變了氣象學。從火箭拍攝的照片上表明全球雲團網比人類預想的還要複雜。科學家們開始想象一種軌道衛星，它可以一直監視地球，到了20世紀60年代中期，科學家們的夢想實現了。衛星將地球拍成照片並在幾分鍾內發回信息。
基本有兩種氣象衛星：地麵靜止衛星即地球靜止業務環境衛星，簡稱GDES；極地軌道衛星即極地控製環境衛星，簡稱POES。在地麵靜止軌道上，靜止衛星距地麵約22，000英裏(35，000千米)的赤道上空，其運行速度與地球自轉速度同步，幾乎晝夜懸在一個地點上。地球餘下區域由極地軌道衛星監測，它沿著從北到南一圈一圈地重複運行，每兩小時在極地附近經過一次。
電視氣象播報的衛星圖片通常是地麵靜止衛星拍攝的照片，盡管白天也可見到它們，但常用紅外線衝洗。從地球表麵擴散的紅外線可用來估測空氣中的水汽。這是因為當紅外線的波長達到67微米時，水汽極易吸收能量。水汽越多，來自地球的紅外線在未到達衛星之前就越多地被吸收掉了。紅外線釋放也可用來測評雲頂部的溫度，它與風暴關係十分密切。
微波數據有許多特殊功能，由於微波可以穿透雲層而丟失的能量少，例如，貫穿行星的冰和雪的出現是可以被跟蹤的，因為結凍的水與陸地和液態的水所散發的微波頻率不一樣。
衛星壽命僅有幾年——這給科學家發射新衛星提供革新的機會。經過過去20年的發展，人類對大氣層的了解更廣泛了，南極“臭氧空洞”每年的增減均已得到的監控，是根據從同溫層到它上方的極地軌道衛星所反射的紫外線照射量而定。美國於1995年發射一種探測器用以監測雲內部和從雲到地麵的閃電，測量結果表明：閃電還不及科學家們所料想的一半。一些衛星甚至攜帶雷達設備進入太空。這些設備是測量洋麵的高度(水溫的指數)，以及大海的風暴潮(海麵風速指南)。
人們常觀測天氣，但全球性的氣象圖每天隻安排兩次，即在世界時0000點和1200點——全球公認的24小時製。無線電探空儀也被發射，全套外表觀測全都完成，全球各主要氣象台站共同使用這種數據。所繪出的圖表明在不同等壓麵(如在850，700和500毫巴)的風力，也表明來自無線電探空儀記錄的溫度、濕度和氣壓高。要詳細審查這些數據，因為即使少數錯誤的觀測，一旦進入計算機預測係統，就會造成嚴重損失。專門設計的軟件查找在一般氣象圖中不相應的觀測。類似的作法可以調節數據，使它們適應地圖網格。這些格點被用於模式中用以由目前天氣推斷將來天氣的形勢。來自無線電探空儀的數據在圖表上用標點標注，被稱作熱力探測。每次探測表明在某一指定地點上空從地麵到對流層頂部溫度和濕度的追蹤調查。挨著探測是表示每個高度的風向和風速的箭頭，標記同水平氣象圖表一樣。探測可以用來計算降雨量和濕度及形成暴風雨的能量、雷暴旋轉，進而生成龍卷的可能性。
大部分國外製造的衛星用於研究而不是用來預測天氣。衛星在大氣層不同的高度測量溫度以彌補全球無線電探測網的不足。這種情況在海洋和南半球上空很正常，因為那裏的無線電探測網太少了。查天氣圖
在二戰期間雷達首次應用於軍事領域。他們試圖用無線電光束的反射找到敵機，但由於雨水造成紛亂的反射而影響了他們的計劃。當科學家們看到這種混亂情形時，他們卻十分興奮。因為他們找到了一種可以探測雲後隱藏物質的一種儀器。幾年後，雷達成為研究風暴的標準工具。科學家甚至用雷達，發現了雲層上空氣流循環和地麵上龍卷風旋轉的關係。
常規雷達有其局限性，當風暴移動時，雷達觀測儀的反射波(微波返回)也會移動，但風暴內部的運動因巨大的白色水滴而大部分消失。但在20世紀50年代，研究人員研製一種新式雷達，叫作多普勒雷達。它可探測雲內部的運動，現在，多普勒雷達在提高天氣預報能力方麵起到重要的作用，可以預測短期強風暴發展的情況。
雷達釋放微波，被空中的物質返彈回來。多普勒雷達在反射微波時，可以明察波頻中微小的變化。如果一滴雨水射向雷達，它所反射波頻就會增加；反之當水滴離雷達越來越遠，波頻就會下降。這種波頻規律是由澳大利亞物理學家多普勒於1842年發現的。他解釋為什麼火車汽笛在火車開近時聲音很大而火車離開時聲音減弱的原因。起初，多普勒雷達十分笨重。計算機也無法承擔數據的運算過程。到了20世紀70年代，龍卷風研究者們用多普勒雷達測出幾次風暴。到了20世紀80年代初，科學家用多普勒雷達群展示暴風雨的三維結構，解釋了威脅飛機微爆炸的存在。
多普勒雷達也可幫助氣象預報者們測量降雨量。最新的雷達還可對洪水做精確預報。通過對多普勒雷達實行極化，研究人員們可一一辨別出垂直和水平的反射波。它同使太陽鏡極化達到消除強光刺激的方法一樣。氣象專家們依據垂直，和水平波的對比測定雨滴的大小：垂直與水平波返回的比例也依賴雨滴的大小。因為雨滴在變得越來越大時也會變得越來越平。科學家們也可以辨別大雨滴和冰雹，因為冰雹比漢堡包形狀的雨滴更圓。
多普勒雷達還在不斷完善，發現也不斷湧現。自20世紀80年代末，風暴跟蹤人員使用便攜式多普勒雷達從龍卷風的起始雲層中找出形成風的細微變化。自1996年，跟蹤者們把雷達帶到颶風內部，測出了以前的儀器無法測出的迷人的風旋。新揭示的現象還有待解釋。天氣預測
試圖預測天氣的人們，其工作費力不討好。很少有科學預測不受到嘲笑，因為天氣預報一出現差錯，其難堪可想而知。然而，盡管許多人抱怨所出的差錯，人們還是看新聞，了解早上出門時該不該帶傘。