Zarówno sporządzenie prognozy pogody, jak i analiza stosunków klimatycznych jakiegoś miejsca wymaga posiadania zestawu danych elementów meteorologicznych pochodzących z obserwacji meteorologicznych. W przypadku opracowań klimatologicznych istotne jest, aby dane te pochodziły z odpowiednio długiego okresu pomiarowego. Zakłada się, że powinien on wynosić 30 lat.
W przygotowaniu prognoz pogody istotne jest, aby obserwacje prowadzone były synchronicznie w wielu miejscach, z zastosowaniem tej samej metody i szybko przekazywane do ośrodków prognoz meteorologicznych, gdzie pod nadzorem synoptyków przygotowywane są numeryczne prognozy pogody. Za zarządzanie systemem gromadzenia, przesyłania, przetwarzania danych i rozpowszechniania opracowań meteorologicznych (w tym prognoz pogody) odpowiadają krajowe służby pogody. W Polsce to zadanie spełnia Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW). Metody pomiarów są standaryzowane przez Światową Organizację Meteorologiczną (WMO), powstałą w 1946 roku jako agenda ONZ.
Podstawowe dane meteorologiczne gromadzone są na stacjach meteorologicznych. Zarówno pomiary, jak i obserwacje wizualne (np. zachmurzenia ogólnego nieba) wykonywane są na wszystkich