一般地面气象站的观测手段采用两种：一是目测，靠人的眼睛来观测某些气象要素，如天空的云状、云量、能见度及天气现象等。另一种是器测，用仪器对大气中的温度、湿度、气压、风力等进行测量。在不适合人类活动的高山、海岛、荒原等，还安有自动气象站。
地面气象站所观测的内容和方法，都是参照联合国世界气象组织和中国气象局制订的观测规范进行的，每日4次，在世界时00、06、12、18时进行观测。有的气象站每天进行8次观测，还有的甚至1小时一次。要求仪器的性能、规格、计量单位都要符合国际标准，以保证资料的准确性、代表性和可比较性。
气温、湿度、气压和风是气象站的主要观测项目。这些气象要素是代表大气特征的基本物理量，它们反映了大气的热力状况和动力状况。气温是观测空气冷暖程度的物理量，是用安放在白色百叶箱的水银或酒精玻璃温度表测量，计量单位是摄氏度。
湿度是表示空气潮湿程度的物理量。一般是百叶箱中的干湿温度表或毛发湿度计来测量，常换算为相对湿度，水汽压或露点温度来表示。
气压是表示大气压力的物理量。用水银气压表来测定，计量单位用百帕来表示。
风是反映空气运动状况的物理量。它是用安装在10米高风向杆上的电接风向、风速仪测量。风的单位是米／秒。风向用8个或16个方位来表示。
除了以上的观测项目外，地面气象站还要进行雨量、蒸发、日照、地温、积雪、冻土等项目的观测。有的气象站还要开展太阳辐射的观测。
一般的气象站包括以下的仪器:气压计、温度计、雨量计、风速计、湿度计、风向标等。
现在的气象站多为自动气象站。可以看一下济南仁科RS-QXZ设备。
气象仪器是用于气象预报、气象监测等气象服务领域的专业设备。主要有自动气象站、自动雨量站、风速风向仪、风向袋、百叶箱、温湿度记录仪、传感器、风向标、风速报警仪、风能测风仪、气象中心软件、GPRS无线传输模块等。
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地面气象观测仪器(最常见）
其它的还有
太阳辐射仪器 温湿度检测仪器 风向风速仪器
探空气球携带的探空仪器 百叶箱