A la surface de la Terre, des stations d'observation permettent de décrire l'état de l'atmosphère à proximité du sol.

Parmi les différentes missions confiées aux stations du réseau d'observation de Météo-France, la mesure des paramètres physiques de l'atmosphère figure au tout premier plan. Ces mesures sont réalisées à l'aide de capteurs météorologiques disposés dans un parc à instruments dont la localisation et l'agencement jouent un rôle important.

Parmi les instruments de mesure  présents,  certains sont situés dans l'abri météorologique (à gauche de l'antenne parabolique, sur la photographie ci-dessus (Centre Départemental Météorologique d'Indre et Loire ; photo Jean Cassanet)) et les autres sont à l'extérieur de l'abri, répartis en différents points du parc.

Par radiosondage, on peut avoir des informations en altitude,  restituant l'évolution de ces variables selon un profil vertical de l'atmosphère. En France métropolitaine, sept stations Météo-France effectuent des radiosondages quotidiens.