Seit es Menschen gibt, haben sie sich mit dem Wetter beschäftigt. Für die frühen Jäger war es überlebenswichtig, das Wetter richtig deuten zu können, denn davon hing das Gelingen der Jagd ab. Als der Mensch begonnen hatte, Landwirtschaft zu treiben, nahm die Bedeutung der guten Kenntnis des Wetters noch zu. Nur wer den richtigen Zeitpunkt der Aussaat ermitteln konnte, durfte auf eine gute Ernte hoffen. Alle frühen Kulturen beschäftigten sich intensiv mit Regen, Wolken und Sonnenschein und versuchten, Erklärungen für diese Erscheinungen zu finden. Für Ägypter, Babylonier oder Assyrer waren es die Götter, die Segen oder Fluch vom Himmel sandten. Die Griechen waren die ersten, die einen naturwissenschaftlichen Ansatz versuchten. Aristoteles schreibt in seiner Schrift „Meteorologia“ alle Wetterphänomene dem Wirken von Elementen zu, aus denen seiner Ansicht nach die ganze Welt bestand: Erde, Wasser, Feuer und Luft. Für viele hundert Jahre war dies der Stand der Wissenschaft. Doch die Kenntnisse der Antike gingen im Sturm der Völkerwanderung wieder verloren. Erst als mit dem Ende des Mittelalters die Naturwissenschaften einen neuen Aufschwung nahmen, setzte sich die Erkenntnis durch, dass physikalische Gesetze hinter dem Verhalten von Wind und Wolken steckten.

Obwohl schon um 1115 der englische Benediktiner und Scholastiker Adelard von Bath (gestorben um 1160) die wissenschaftliche Methode der Meteorologie durch die Übersetzung arabischer Schriften in Europa (wieder) bekannt machte, dauerte es noch bis in die Neuzeit, bis diese Methoden auch allgemein angewandt wurden. Anfang des 17. Jahrhunderts untersuchte der Belgier Jan van Helmont die Eigenschaften luftähnlicher Substanzen und prägte den Begriff „Gas“. 1643 erfand der Italiener Evangelista Torricelli das Barometer zur Messung des Luftdrucks. 1648 bewies der französische Denker und Gelehrte Blaise Pascal experimentell, dass die Höhe einer Quecksilbersäule in einem Barometer vom Luftdruck abhängig ist. Er bewies ebenfalls, dass der Luftdruck von der Höhe abhängig ist. Diese Erkenntnis setzte der Magdeburger Otto von Guericke 1660 in praktische Anwendung um, indem er das Barometer zur Wettervorhersage benutzte. Schon 1654 hatte er eindrucksvoll die Rolle des Luftdrucks vor Augen geführt, als er vor den Augen Kaiser Ferdinands III. sein berühmtes Experiment der Magdeburger Halbkugeln durchführte.

isaac newton1687 revolutionierte Isaac Newton die Physik, indem der seine drei Prinzipien der klassischen Mechanik veröffentlichte: Das Prinzip der Trägheit der Massen, das Prinzip der Wechselwirkung von Kräften sowie das Prinzip, dass jeder Aktion auch eine Reaktion entspricht. Der Sekretär der Royal Society, Edmund Halley, unterstützte Newton bei seinen Forschungen und ermunterte ihn zur Veröffentlichung. Er sorgte für den Druck der „Philosophiae naturalis principia mathematica“, bezahlte sogar die Druckkosten, da die Royal Society dafür nicht aufkommen konnte. Halley war zwar kein armer Mann, aber die Ausgaben für die Drucklegung von Newtons Werk brachten ihn an den Rand des Bankrotts. Doch er hatte die Bedeutung der Newton´schen Gesetze nicht nur für die Physik und die Astronomie, sondern auch für die Meteorologie erkannt. Ein Jahr zuvor hatte Halley eine Karte veröffentlicht, die die vorherrschenden Winde auf den Ozeanen darstellte. Diese Karte ist die erste thematische Karte zu einem meteorologischen Phänomen.

Halley versuchte, die Entstehung der Passatwinde und des Monsuns zu erklären, scheiterte jedoch, da ihm die Westströmung der tropischen Luft unbekannt war. Erst 1735 gelang es dem britischen Physiker George Hadley, diese Strömung aus der Erdrotation abzuleiten. Ihm gelang es auch, die Passatwinde zu erklären. Nach Hadley steigt am Äquator heiße Luft auf, wird nach Norden und Süden abgedrängt und bildet eine vom Äquator zu den Wendekreisen gerichtete Höhenströmung. Diese Strömung wird als Urpassat bezeichnet. Am Rand der Tropen sinkt die Luft ab und strömt am Boden wieder als Passatwind zurück in Richtung Äquator. Durch die Erdrotation ergibt sich ein spiralförmiger Kreislauf, der das Klima der inneren Tropen beherrscht. Dieser Kreislauf wird heute von den Klimaforschern Hadley-Zelle genannt.

Das Instrumentarium der Meteorologie vervollständigte sich zusehends. 1709 erfand Gabriel Daniel Fahrenheit das Alkoholthermometer, kurz darauf auch das Quecksilberthermometer. 1783 gelang es Horace de Saussure erstmals, mit Hilfe des von ihm erfundenen Haargyrometers die Luftfeuchtigkeit zu messen. Im 19.Jahrhundert wurden die Eigenschaften von Gasen näher untersucht, und 1863 machte der irische Physiker John Tyndall auf den Treibhauseffekt aufmerksam, als er erkannte, dass Gase wie Kohlendioxid und Wasserdampf zwar die Sonnenstrahlen auf die Erde fallen lassen, nicht jedoch die Wärmestrahlung wieder ins All. Dieser Effekt machte zwar durch seine temperaturausgleichende Wirkung überhaupt erst Leben auf der Erde möglich, doch erkannte Tyndall, dass die durch die Industrien in die Atmosphäre entlassenen Abgase diese Wirkung so verstärken konnten, dass es negative Auswirkungen auf die Menschheit haben konnte.

Auch die physikalischen Grundlagen der Meteorologie wurden im 19.Jahrhundert weiter verfeinert.

Auf der Grundlage der Gesetze Newtons erkannte der französische Mathematiker, Physiker und Ingenieur Gaspard Gustave de Coriolis 1835 den Coriolis-Effekt. Er ist eine Folge der Erdrotation und bewirkt, dass Luft, Wasser oder andere Materie abgelenkt werden, wenn sie sich in Nord-Süd-Richtung auf der Erde bewegen. Dieser Effekt ist nur sichtbar bei großen Entfernungen, großen Massen oder großen Geschwindigkeiten. Daher hat er auf unser tägliches Leben keinen Einfluss, außer in Hinsicht auf das Wetter. Es gibt wohl kaum einen Effekt, der für die globalen Luftbewegungen und ozeanischen Strömungen derart wichtig ist. Da es für den Betrachter so aussieht, als wirke eine Kraft auf die abgelenkten Luft- oder Wassermassen, wird der Coriolis-Effekt auch Corioliskraft genannt.