La météorologie est une science qui a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des paramètres mesurés tels que la pression, la température et l'humidité. Le mot vient du grec ancien μετέωρος / metéōros (« qui est au-dessus de la terre »), qui désigne les particules en suspension dans l'atmosphère et -λογία / -logia, « discours » ou « connaissance ».
C'est une discipline qui traite principalement de la mécanique des fluides et de la thermodynamique mais qui fait usage de différentes autres branches de la physique, de la chimie et des mathématiques. Purement descriptive à l'origine, la météorologie est devenue un lieu d'application de ces disciplines. Pour ce faire elle doit s'appuyer sur un réseau cohérent d'observations : le premier du genre — qui concerne un territoire multinational étendu — apparaît en 1854, sous la direction du français Le Verrier qui établit un réseau européen de données atmosphériques et fonctionne de manière opérationnelle dès 1856.
La météorologie moderne permet d'établir des prévisions de l'évolution du temps en s'appuyant sur des modèles mathématiques à court comme à long terme qui assimilent des données de nombreuses sources dont les stations, les satellites et les radars météorologiques. La météorologie a des applications dans des domaines très divers comme les besoins militaires, la production d'énergie, les transports (aériens, maritimes et terrestres), l'agriculture, la médecine, la construction, la photographie aérienne ou le cinéma. Elle est également appliquée pour la prévision de la qualité de l'air ou de plusieurs risques naturels d'origine atmosphérique.
L’histoire de la météorologie connaît trois périodes. Tout d'abord, très tôt, durant l'Antiquité, les hommes essaient d'interpréter les phénomènes météorologiques qui rythment leur vie. Cependant, ils ne se fient qu'à leurs sens et affrontent les colères de la nature. Durant cette période, les Chinois sont les premiers à avoir une démarche rigoureuse face aux phénomènes météorologiques. C'est donc en Chine que les plus anciennes observations météorologiques sont avérées dès 1216 av. J.-C..
En Europe, ce sont les philosophes Grecs précédant Socrate qui essaient d'expliquer les phénomènes du ciel et de l'atmosphère par l'usage de la raison. Anaximandre est le premier à expliquer les phénomènes météorologiques par l'intervention des éléments et non par des causes divines. Xénophane de Colophon (-580/-475) a décrit à peu près correctement le cycle de l'eau, selon le témoignage d'Aétius : « C'est de la chaleur du soleil, comme cause principale, que proviennent tous les météores. Celui-ci pompe l'humidité de la mer ; l'eau douce, en raison de sa légèreté, se sépare, puis se résolvant en brouillard, forme les nuages ; par suite de l'épaississement la pluie tombe, à moins qu'elle ne se dissipe en vents. »
Aristote, pour sa part, invente le terme « météorologie » et l'applique aux sciences de la Terre en général, et non spécifiquement aux sciences de l'atmosphère. Il invente la première rose des vents en classant les vents de la Grèce en fonction de leur orientation, et élabore, dans son traité des Météorologiques, la théorie dite du « Grand hiver », où il essaie de rationaliser les changements climatiques selon un principe cyclique de compensation du chaud et du froid, du sec et de l'humide, avec l'idée que tout changement en un point du globe doit pouvoir se compenser ailleurs afin de maintenir un équilibre global des climats. Ce qui a été un océan humide jadis est aujourd'hui un continent sec, et réciproquement, selon un ordre de temps qui dépasse l'échelle de l'histoire humaine. Tout cela implique donc des refroidissements régionaux durables (« Grand hiver ») où la mer remplace la terre, et des réchauffements climatiques parallèles ailleurs, suffisamment importants pour assécher des régions entières du globe.
À compter du VIe siècle, après la chute de l'Empire romain d'Occident et le refroidissement climatique de 535-536, commence en Europe une deuxième période de l'histoire de la météorologie alors que ces événements conduisent à une régression brutale qui ira jusqu'à la renaissance du XIIe siècle. Ce début du Moyen Âge mène à l'abandon d'une grande partie des savoirs gréco-romains, hormis dans les bibliothèques de quelques monastères. Il n'en subsiste que quelques dictons météorologiques issus de recettes transmises oralement et d'observations plus ou moins rigoureuses. La météorologie n'est alors qu'une pseudo-science. Malgré tout, les dictons, loin de la rigueur scientifique, ne sont pas tous dépourvus de sens. Le monde byzantin, pour sa part, a conservé l'héritage gréco-romain, mais s'épuise en défense militaire de ses territoires contre l'empire arabo-musulman. Ce dernier assimile avec plus ou moins de perspicacité l'héritage gréco-romain (celui-ci se rediffuse partiellement en Europe lors de la renaissance du XIIe siècle) et perpétue, voire développe, des savoirs cohérents jusqu'au XIVe siècle. L'arrivée au XVe siècle des réfugiés byzantins fuyant les conquêtes arabes se solde par un retour de nombreux textes gréco-romains.
La troisième période de l'histoire de la météorologie commence par la naissance de la météorologie moderne, et donc la fin de l'empirisme et des dictons. L'idée d'effectuer des observations régulières comme base de travail en météorologie revient à partir du XVe siècle. Ce sont d'abord une série d'instruments qui sont développés comme Galilée qui construisit un thermoscope, ancêtre du thermomètre, Evangelista Torricelli qui créa le premier vide artificiel et utilisa le concept pour imaginer le premier baromètre et Robert Hooke qui redécouvre le principe de l'anémomètre pour mesurer la vitesse du vent, instrument essentiel à la navigation.
Ensuite, c'est l'étude des phénomènes météorologiques. En Europe, Blaise Pascal découvre que la pression diminue également avec l'altitude et en infère qu'il y a un vide au-delà de l'atmosphère et Edmond Halley cartographie les alizés comprend que les changements atmosphériques sont causés par le réchauffement solaire diurne. En Amérique, Benjamin Franklin remarque que les systèmes météorologiques vont d'ouest en est en Amérique du Nord, publie la première carte scientifique du Gulf Stream, montre que la foudre est un phénomène électrique, relie les éruptions volcaniques et le comportement de la météo et spécule sur les effets de la déforestation sur le climat.
Au début du XIXe siècle des concepts plus généraux font jour. Le britannique Luke Howard écrit On the Modification of Clouds dans lequel il donne les noms que nous connaissons maintenant aux nuages à partir du latin. Francis Beaufort introduit son échelle descriptive des vents destinée aux marins, l'échelle de Beaufort, qui relie les effets du vent sur les vagues à sa force en nœuds. En 1835, dans un article Sur les équations du mouvement relatif des systèmes de corps, Gaspard-Gustave Coriolis décrit mathématiquement la force qui porte son nom : la force de Coriolis. Cette force est essentielle dans la description du mouvement des systèmes météorologiques comme Hadley l'avait pressenti un siècle auparavant. En 1838, William Reid publie sa controversée Law of Storms, décrivant le comportement des dépressions, qui divise la communauté scientifique durant dix années.
En même temps, les premiers réseaux d'observations se développaient. En 1654, sur les conseils du jésuite Luigi Antinori, Ferdinand II de Médicis inaugure le premier réseau météorologique mondial coordonné par la Société météorologique de Florence. En 1849, le Smithsonian Institution, sous la direction du physicien Joseph Henry commence à mettre sur pied un réseau de stations météorologiques d'observation aux États-Unis. Les observations seront disséminées rapidement grâce à l'invention en 1837 par Samuel Morse du télégraphe. Urbain Le Verrier, directeur de l'observatoire de Paris, et le vice-amiral Robert FitzRoy font de même en Europe en 1856 et 1860.