Skirtingi meteorologų įrankių tipai yra apatinės, vidurinės ir viršutinės atmosferos instrumentai. Žemesnės atmosferos prietaisai apima termometrus, barometrus, lietaus matuoklius, anemometrus ir higrometrus. Raketos ir palydovai sudaro vidutinės atmosferos prietaisus, o viršutinės atmosferos prietaisus sudaro radiozondai ir ozonozondai. Naudojant įvairius meteorologų įrankius, galima gauti bendrus orų prognozavimo duomenis, klimatologinių duomenų vidurkius, duomenis apie temperatūrą, vandens garus, vėjo profilius ir taršą.
Ankstyvieji žmonės stebėjo orą ir klimatą dažniausiai tiesiog žiūrėdami į dangų. Tada buvo išrasti paprasti instrumentai, tokie kaip vėtrungės, tačiau jos buvo vertingos tik klimatologiniams duomenims matuoti, o ne orų prognozėms matuoti; šie paprasti prietaisai nepateikia tikslių matavimų, kurie yra būtini rengiant orų prognozes. Tačiau išradus šiuolaikinius meteorologų įrankius, profesionalūs meteorologai gali atlikti kiekybinius matavimus. Mokslininkai sutaria, kad šiuolaikinių meteorologų įrankių tikslumas yra pranašesnis matuojant klimatologinius, atmosferos ir orų prognozių duomenis.
Temperatūros matavimo prietaisas, vadinamas termometru, yra dviejų tipų: mechaninis ir elektrinis. Skysčio stiklo termometrai yra mechaniniai, o varžiniai – elektriniai. Naudojami matuojant oro svorį, moksliškai vadinamą atmosferos slėgiu, barometrai gali būti klasifikuojami kaip gyvsidabris arba tie, kurie naudojami tyrimų laboratorijose, ir aneroidiniai, arba tie, kurie naudojami namuose ir meteorologinėse stotyse. Kalibravimo tikslais reikia reguliariai tikrinti aneroidinį barometrą su gyvsidabrio barometru. Be to, aneroidinį barometrą galima paversti įrašymo prietaisu, vadinamu barografu, uždedant rašiklį prie jo žymeklio.
Laikomas seniausiu meteorologo įrankiu, lietaus matuoklis yra lengvai sukonstruojamas prietaisas, matuojantis kritulių kiekį. Ketvirtajame amžiuje prieš mūsų erą seniausi lietaus matuoklio duomenys buvo užfiksuoti Indijoje, kur, kaip manoma, tinklo buvimas egzistavo dėl kritulių vidurkių įrašų keliose srityse. Tuo tarpu vėjo greičio matavimo prietaisas, vadinamas anemometru, turi “puodelius”, kurie sukasi aplink veleną viduryje, kai vėjas juos judina. Drėgmę arba drėgmės kiekį ore galima išmatuoti naudojant higrometrą. Meteorologų naudojami dviejų tipų higrometrai yra psichrometras ir absorbcinis higrometras.
Raketa yra vidaus degimo variklis, turintis savo kurą ir oksidatorių, todėl ji gali veikti ir būti naudojama Žemės atmosferai tirti. Naudingųjų krovinių ar meteorologų įrankių, kuriuos neša raketos, pavyzdžiai yra slėgio ir tankio jutikliai. Tuo tarpu orų palydovus meteorologai naudoja debesims ir oro sistemoms stebėti iš viršaus. Palydovinių duomenų naudojimas padidino orų prognozių tikslumą.
Radiozondai yra maži radijo siųstuvai, sukurti atmosferos matavimams rinkti ir surinktiems duomenims perduoti į Žemės oro stotis. Ankstesnėse versijose buvo laikrodis ar vėjo malūnėlis, praverčiantis momentiniam duomenų įrašymui, o šiuolaikinėse – barometrai, termometrai ir higrometrai. Kartu su ozono lygio matavimo prietaisais, vadinamais ozonozondais, radiozondai į atmosferą nešami nepilotuojamu balionu.