Meteorologia on tieteenalana vanha, vaikka tieteellisen tutkimuksen voidaan katsoa alkavan kaasujen käyttäytymisen tutkimuksesta 1600-luvulta alkaen (Boyle). Ilmakehän tutkimus sai tieteellisen perustan havaintovälineiden kehittymisen myötä, esimerkiksi elohopeailmapuntari (Torricelli) tuli käyttöön 1600-luvun puolivälissä (1644) ja nestelämpömittari (Fahrenheit) 1700-luvun alussa (1714). Sir Isaac Newton loi perustan ilmakehän dynamiikan lainalaisuuksien selvittämiseksi 1600-luvun lopulla. Säteilyn kulun ymmärtäminen kehittyi vasta 1800-luvun loppupuoliskolla (Stefan - Boltzmann).

Klimatologisen tutkimuksen perustana ovat näiltä ajoilta mitatut varhaisimmat havaintoaikasarjat. Esimerkiksi Celsius sai aikaan Suomen vanhimman lämpötilamittausten havaintosarjan alun 1737 Torniossa. Ajallisesti jatkuva havaintosarja käynnistyi Turun Akatemiassa vuonna 1748.

Synoptisten säähavaintojen kokoaminen alkoi Euroopassa 1780-luvulla. Mannheimin meteorologinen yhdistys Saksassa organisoi yli 30 havaintoaseman verkoston ja valmisti tarvittavat meteorologiset laitteet.  Modernit meteorologiset havainnot saivat alkunsa.

Organisoitua havaintotietojen hankkimista 1800-luvulla

Organisoitu havaintotietojen hankkiminen ja välitys lähti käyntiin Krimin sodan (1854 -1856) jälkeen, kun oivallettiin, että tulevasta säästä olisi ollut mahdollista saada tietoja ja siten välttää esimerkiksi myrskysään aiheuttamat vahingot. Lennättimen käyttö säätietojen välityksessä alkoi tuohon aikaan.

Havaintojen puute yläilmakehästä rajoitti ilmakehän kokonaisvaltaisen toiminnan ymmärtämistä hyvin pitkään. Vasta 1900-luvun puolella varsinaisesti selvitettiin matalapaineen rakenne ja keksittiin tropopaussin tasolla aaltoilevat suihkuvirtaukset. Tässä työssä ns. Chicagon koulukunta kehitti ilmakehän käyttäytymisen teoriaa kaikkein edistyneimmin.

Tähän työhön vaikutti keskeisesti akateemikko Erik Palmen. Ilmakehään lähetettävä radiosondi eli lämpötilaa, kosteutta, painetta ja tuulta havaitseva havaintolaite oli mullistava keksintö 1930-luvulla, jonka kehityksessä professori Vilho Väisälän osuus oli huomattava.

Tieteellistä sään ennustamista 1940-luvulta nykypäivään

Sään ennustaminen tieteellisesti varteenotettavana mahdollisuutena alkoi vasta 1940-luvun lopussa, kun tietokoneet sallivat suorittaa ne valtavat laskutoimitusmäärät, joihin matemaattis-fysikaalisten yhtälöiden ratkaiseminen väistämättä johtaa. Tietokone-ennusteiden laadullinen taso nousi 1980-luvulla käytännön vaatimalle tasolle, kun Euroopan Säänennustuskeskus (ECMWF) Readingissä alkoi tuottaa globaaleja 10 vuorokauden ennusteita.

Tämän päivän meteorologia perustuu huomattavan teknisen infrastruktuurin käyttöön. Uusimpia havaintolaitteita ovat sääsatelliitit ja säätutkat. Sääennusteet lasketaan supertietokoneilla. Säätietojen vaihto tapahtuu globaalilla tasolla reaaliaikaisesti ja ennusteet muokataan graafisilla työasemilla. Ennustustuotteet kulkevat sähköisesti asiakkaille.