大气物理状态和现象称气象 。如刮风、闪电、打雷、结霜、下雪等。气象现象是可以由气象学解释的可观察的天气事件。这些事件被存在于地球 大气中的可变因素所决定，它们是温度 、气压 、水汽 、梯度以及每个可变因素之间的相互作用。测量近地面层以上大气的物理、化学特性的方法和技术，又称高空观测或高空探测。高空气象观测以测定大气各高度上的温度、湿度、气压、风向、风速为主，其他还有一些特殊项目，如大气成分、臭氧、辐射、大气电等。主要的观测方法有气球探测、气象飞机探测、无线电探空和测风、气象雷达探测、气象火箭探测、气象卫星探测等。
自18世纪中叶以来，先后用风筝、载人气球携带仪器进行直接探测高空气象要素的试验（见大气科学发展简史）。19世纪末，法国、德国、美国发明和改进了探空气象仪。1896年在欧洲组织国际间的探空气球探测试验，是高空气象观测站网的雏型。随着气象气球和光学经纬仪的发展，逐步建立了小球经纬仪测风的方法。20世纪20～30年代末，在电报、编报、短波无线电技术发展的基础上，先后研制成了无线电探空仪、无线电经纬仪和测风雷达（见高空风观测）等，为建立全球高空观测站网奠定了基础。40年代，发展了气象火箭，探测高度可达100公里以上。60年代以来,气象卫星和大气遥感技术的发展，促进了全天候和全球性的高空气象探测的发展。大量利用无线电遥测、遥控技术和电子计算机微处理机定量控制，实时处理，是当前各高空观测系统的技术特点。
全球性高空站网的合理分布、新技术方法的应用和充分利用各种探测系统是构成现代高空综合的观测系统的特点。由各系统测定和提供的大量高空气象观测数据，对揭示大气的结构、建立大气科学的理论和提高天气预报的准确率起了重要的作用。对于各种手段高空探测的一致性和资料的可比较性是20世纪60年代以来各国共同关心和努力解决的问题。