17 世紀以前，人們對大氣以及大氣中各種現象的認識是直覺的、經驗性的。17～18 世紀，由于物理學和化學的發展，溫度、氣壓、風和濕度等測量儀器的陸續發明，氮、氧等元素的相繼發現，為人類定量地認識大氣的組成、大氣的運動等創造了條件。于是，大氣科學研究開始由單純定性的描述進入了可以定量分析的階段。這是大氣科學發展進程中的一次飛躍。

1820 年，在氣壓、溫度、濕度、風等氣象要素的測定和氣象觀測站網逐步建立的條件下，布蘭德斯繪制了歷史上第一張天氣圖，開創了近代天氣分析和天氣預報方法，為大氣科學向理論研究發展開辟了途徑。這是大氣科學發展史上的又一次飛躍。

1835 年科里奧利力的概念和1857 年白貝羅提出的風和氣壓的關系，成為地球大氣動力學和天氣分析的基石。1920 年前后，氣象學家皮耶克尼斯，索爾貝格和伯杰龍等提出的鋒面、氣旋和氣團學說，為天氣分析和預報1～2 天以后的天氣變化奠定了理論基礎。

1783 年，法國查理制成了攜帶探測氣象要素儀器的氫氣氣球。20 世紀30 年代無線電探空儀開始普遍使用，這就能夠了解大氣的鉛直結構，真正三度空間的大氣科學研究從此開始。根據探空資料繪制的高空天氣圖，發現了大氣長波。1939 年氣象學家羅斯比提出了長波動力學，并由此引出了位勢渦度理論。這不僅使有理論依據的天氣預報期限延伸到3～4 天，而且為后來的數值天氣預報和大氣環流的數值模擬開辟了道路。

1946 年朗繆爾、謝弗和馮內古特的“播云”試驗，探明了在過冷云中播撒固體二氧化碳或

碘化銀，可以使云中的過冷水滴冰晶化，增加云中的冰晶數目，促進降水，從此進入了人工影響天氣的試驗階段。

20 世紀50 年代以前，大氣科學雖然取得了很大的進展，但因受海洋、沙漠等人煙稀少地區缺乏資料的限制以及計算上的困難，還不能擺脫定性或半定性的研究狀態。50 年代以后，由于各種新技術特別是電子計算機和氣象衛星的采用，大氣科學有了突飛猛進的發展。

由于采用氣象衛星、氣象火箭和激光、微波、紅外等遙感探測手段以及各種化學痕量分析手段等新技術，對大氣的觀測能力增強了，觀測空間擴展了。如赤道上空五個地球同步衛星和兩個極軌衛星幾乎能提供全球大氣同時間的情況，不再存在氣象資料的空白地區。

氣象衛星、新型氣象雷達、飛機等探測手段聯合應用，為開展各種規模的綜合觀測試驗，為早期發現和追蹤臺風及生命史短至幾小時的小尺度災害性天氣系統，為提高短期和短時預報水平，以及改進中期預報提供了條件。氣象衛星在大氣層外探測大氣，不僅加大了觀測范圍，而且極大地豐富了觀測內容，如廣闊洋面的溫度、云的微觀結構、大氣的輻射平衡等。氣象衛星已成為現代大氣科學發展的支柱之一。

電子計算機的使用，使大氣科學研究進入了定量和試驗研究的新階段。大氣的各種現象，大至全球的大氣環流，小至雨滴的形成過程，都可以依照物理和化學原理以數學形式表達，然而只有用電子計算機才可能進行運算并模擬這些現象的發生、發展和消亡的過程。

此外，科學技術的發展，人類往往需要了解幾星期、幾個月甚至一年以上大氣可能出現的狀態。這也需依靠高速計算機獲取和處理全球資料，以全球模式來進行天氣預報和氣候預報。電子計算機是現代大氣科學發展的另一個支柱。可以預期下一代甚至再下一代最大的電子計算機將首先用于大氣科學。