气象观测是指用仪器对日照、太阳辐射、气压、气温、地温、湿度、风速、风向、降水（包括雪、冰雹等）、蒸发等气象要素进行系统、连续地测定，或用肉眼对云、雾、能见度等大气现象进行观测。气象观测记录资料是进行天气预报的根据和气候分析的基础。
一个地方在短时间内大气的各种物理性质和物理现象的综合表现就是该地的天气。天气具有瞬息万变的特征。根据过去的气象资料、现在的天气实况和天气变化的规律，预测未来天气变化，就是天气预报。进行天气预报，需用广大地区乃至全球各地的气象观测资料。根据各地天气状况分析天气系统运动规律，预报出未来各地天气变化状况。可见，气象观测是进行天气预报的主要根据。
气候是一个地区多年常见的和特殊年份偶然出现的天气状况的综合概括。所以，要了解一地的气候特征，也必须用多年不间断地气象观测资料进行统计、整理分析、概括。因而气象观测又是研究气候的基础。
天气预报和气候研究的目的是为经济建设服务。如建设部门工程设计施工，需要当地气温、风向、风力等气候资料；水利部门作水库设计，需要多年平均降水量、降水变率、暴雨强度、蒸发量等气候资料；制定农业生产规划，需要气温、积温、年平均降水量、降水季节分配、无霜期等资料。农业生产和气象的关系最为密切，因为农业生产在很大程度上受光、热、水、气等气象条件的制约；风调雨顺农业可获丰收，旱、涝、冻、雹会导致减产。为了获得高额而稳定的产量，就必须研究农业生产与气象条件之间的关系，因而产生了农业气象学。农业气象的研究方法是平行观测法，即把农作物发育状况的观测和气象观测同时对比进行，才能对农作物生长发育期的气象条件作出正确的判断。
在大气候的背景上，由于下垫面特性差异（如地面、水面、植被表面、雪面等）和结构不同，造成热量和水分的收支不同，形成近地面大气层中局部地区特殊的气候，称为小气候，如森林小气候、农田小气候、城市小气候等。小气候特征的研究也离不开气象观测，如城市热岛效应的研究，就需要有城市及郊区许多地点的气温观测资料；观测点越密、观测时间越长，研究成果的科学价值越高。
学校气象观测的教育意义，不仅在于它是乡土地理教学和乡土地理研究的一个侧面；而且对提高整个地理教育质量的作用不可低估。
第一，气象观测能提高学生学习地理知识的质量。如高中地理教材中所讲，大气增温主要不是吸收太阳的短波辐射，而是地面吸收太阳辐射增温后，又以辐射方式传给大气；低层大气吸收地面长波辐射增温后，再以辐射、对流等方式将热量传向高空大气，因而对流层气温随高度增加而降低。高中学生如果经过气象观测的实践，亲自看到早晨地面温度低于气温（1.5 米高度），中午和晚上地面温度高于气温，直接感知到白天地面热量传给大气，夜间大气热量传给地面；则会对上述太阳能在地～气之间的传播过程，以及一天里最高气温出现在午后1—2 时，最低气温出现在日出以前的气温日变特点，有了感性认识。再如参加过气象观测和作补充天气预报的实践，则会对教材所讲高气压、低气压、冷锋、暖锋等天气系统的活动规律及其形成的天气现象，理解得更为深刻。同样，了解了天气变化的具体情况和规律，对气候特征的理解也就不会是抽象的概念了。总之，通过气象观测的实践，能丰富学生关于气象、天气的感性认识，使他们对气候的认识建立在感性认识的基础之上，并能获得再实践的能力。这样使教学过程，符合科学的认识规律。
第二，能使学生学会气象观测、单站补充预报和进行气候分析的方法，增强将来参加生产实践的本领。
第三，通过参加气象观测、气候研究等活动，可以加深学生对家乡天气变化和气候状况的了解；对如何利用气候的有利因素克服不利因素，发展农业生产更为关心，提高他们建设好家乡的责任感。气象观测要求严格遵守观测规范，可以培养学生遵守纪律、爱护公物、对工作认真负责的精神。如许多中学生参加气象观测活动，甚至牺牲了节假日探亲访友和观看文体节目的机会；无论炎暑酷热、严冬寒冻，不顾刮风下雨的恶劣天气，都按时到校进行观测。