(1)觀察和預測節氣和季節。考古學家在山西省襄汾縣陶寺文化遺址發現了距今4100年前世界上最古老的天文臺遺址。專家推測，各種資料顯示，這個天文臺形成於公元前2100年的中國原始社會末期。古代人利用兩柱之間的空間，觀察塔爾山東方向的日出，根據太陽的光影，可以推斷出壹年的十二節氣。與現在的農歷時間相比，經過實地模擬觀測，節氣的季節準確率非常高。春秋戰國時期，各國都非常重視觀天占侯。陽歷中有記錄物候和天氣的傳統。《左傳》記載了許多關於雲和大氣光象的觀測結果，《管子》也論述了氣候、節氣、物候，明確提出了清明、大夏、小夏、立寒、大寒五個節氣的名稱。
(2)測風和儀器。早在殷代就已經有了四風。後來逐漸發展，到了漢朝，已經叫二十四道了。盛唐時期，氣象觀測技術也有很大進步。唐太宗時期的科學家李著有《觀象奏》壹書，書中詳細介紹了當時的觀風方法，即“凡必立於高而遠之地，立五尺竿。以雞毛為寶，屬極。風後直吹，必占。”指出了測風的現場要求，並對測風儀的結構進行了說明。唐代采用受風影響的地物破壞程度來表示風力的大小。據《易思占》記載，當時風力分為人的等級:壹級動葉，二級鳴，三級搖枝，四級落葉，五級斷枝，六級斷枝，七級斷木，飛沙或伐木，八級拔樹連根。這八級風，加上“無風”和“和風”兩級，可以組合成十級。
(3)雲觀測和古雲圖。古代勞動人民非常重視對雲的觀察。《詩經·瀟雅·新南山》中有“天與雲、雨與雪霧同”的說法，意思是天空中的雪雲是均勻的。有些人把“雲童”寫成“雲童”，意思是紅色的雪雲。宋代在科學技術和學術文化方面取得了輝煌的成就，在天文和氣象方面有許多發明和學術文獻。其中，南宋秦首創了天池測雨、降雪量的方法和《九章經》中的竹制儀器。明清時期，有天文和氣象觀測的“天文臺”，包括著名的北京古觀象臺和南京雞鳴山天文臺。此外，各都道府縣也有觀測任務，所有災害，尤其是風災、雨災等氣象災害都要呈現。清代很多地方定期播放晴雨錄、雨雪糧價等報道。