16－17世紀中期，發明了一系列用以測量地面要素的儀器并投入實際應用，如液體玻璃溫度表、水銀氣壓表、雨量器、毛發濕度表、風杯風速計等等，使大氣探測進入到定量器測的階段。氣象觀測站網的建立和連續觀測資料的取得，在推動近代天氣學的建立和發展、提高天氣預報準確性方面有十分重要的意義。
20世紀20年代，由于無線電探空儀的出現和高空風探測技術的發展，使大氣探測由地面擴展到三維空間，40年代以后，探空氣球的探測高度已達到二三十公里，應用火箭探測更把探測高度提高到100公里左右。
大氣遙感儀器的發展和應用將大氣探測提高到一個嶄新的階段。40年代初出現了專門的云雨測量雷達，1960年4月美國發射了顆氣象衛星，以后，各種類型的遙感設備相繼研制和試驗成功，如激光雷達、風廓線儀、微波輻射儀等。這些現代遙感儀器的應用和美國、前蘇聯、中國、日本等國陸續發射的一系列氣象探測衛星，大大提高了現代大氣探測的水平。
隨著大氣觀測自動氣象站網的改進和提高，精度和效率更高的遙感儀器和設備的應用，即將進行的探空儀的改型換代和GPS測風系統的引入等等，可以預見，一個以現代化大氣探測儀器裝備起來的新一代大氣探測系統，即將展現在我們面前。
