Für Meteorologen ist die Wetterstation ein unentbehrliches Hilfsmittel zum Sammeln der für eine Vorhersage notwendigen Daten. Aber auch im Privatbereich sind Wetterstationen im Einsatz.

Eine einfache Wetterstation für den Hobby-Meteorologen kommt ohne große Installation aus. Sie misst den Luftdruck. Aus der Veränderung kann man auf besseres - der Luftdruck steigt - oder schlechteres - der Luftdruck fällt - Wetter in den nächsten Stunden rechnen. Dazu kommt meist ein Hygrometer zum Messen der Luftfeuchtigkeit und ein Thermometer zum Messen der Lufttemperatur.. Sie kann einfach an der Wand befestigt werden.

Aufwendigere Stationen messen auch Niederschläge und Windgeschwindigkeiten. Sie müssen im Freien montiert werden. Normgerecht wäre dies in 2 m Höhe, und natürlich ohne Beeinträchtigung durch Bäume oder Gebäude. Heute senden diese Außenstationen die Daten meist per Funk an eine Basisstation im Gebäude, die ein bequemeres Ablesen ermöglicht. Da kann noch wesentlich mehr integriert sein. Datumsanzeige, Zeitanzeige, Mondphase oder Innentemperatur sind einige der Daten, die verfügbar sein können. Solche Stationen benötigen jeweils auch eine Stromversorgung durch Batterien oder Akkus. Damit man den angezeigten Werten trauen kann, ist eine Kalibrierung erforderlich. Im anderen Falle muss man mit größeren Abweichungen der angezeigten von den tatsächlichen Werten rechnen.

Bei professionellen Wetterstationen, die beispielsweise vom Deutschen Wetterdienst eingerichtet werden, wird besonders darauf geachtet, dass die gemessenen Daten nicht verfälscht werden. Dazu werden zahlreiche Vorkehrungen getroffen. Viele der Stationen werden ehrenamtlich betreut und die Messwerte jeweils zu bestimmten Zeiten abgelesen bzw. ermittelt. Automatische Messstationen melden die Daten per Funk an die Zentrale in Offenbach. Die Solartechnik ermöglicht es, solchen Stationen inzwischen auch an sonst unzugänglichen Stellen ohne Stromanschluss zu installieren.

Hauptamtliche Messstationen werden häufiger abgelesen wie die nebenamtlich betreuten. Dazu haben sie meist noch zusätzliche Messgeräte und Sensoren und können für großflächige Untersuchungen entsprechend ausgerüstet werden. Da werden nicht nur die typischen Geräte wie Psychrometer zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit, Maximum- und Minimumthermometer zur Ermittlung der Temperatur und ihres Verlaufs, Thermohygrograph zur Bestimmung von Lufttemperatur und -feuchtigkeit, ein Regenmesser, eine Windfahne und ein Windmesser genutzt.

Zusätzlich können auch Einrichtungen zur Ermittlung der Sonnenscheindauer, der Globalstrahlung oder der Bodentemperatur und weitere Geräte installiert sein.

Die Datenermittlung allein genügt nicht. Um zu verlässlichen Vorhersagen oder Forschungs-ergebnissen zu kommen, bedarf es umfangreicher Berechnungen. Die Meteorologie ist daher ein Einsatzgebiet für Hochleistungscomputer, da nur so die Datenflut in den Griff zu bekommen ist. Diese erlauben aber auch, die Vorhersagen für jeden Ort und mehrere Tage jederzeit verfügbar zu haben.