16－17世纪中期，发明了一系列用以测量地面要素的仪器并投入实际应用，如液体玻璃温度表、水银气压表、雨量器、毛发湿度表、风杯风速计等等，使大气探测进入到定量器测的阶段。气象观测站网的建立和连续观测资料的取得，在推动近代天气学的建立和发展、提高天气预报准确性方面有十分重要的意义。
20世纪20年代，由于无线电探空仪的出现和高空风探测技术的发展，使大气探测由地面扩展到三维空间，40年代以后，探空气球的探测高度已达到二三十公里，应用火箭探测更把探测高度提高到100公里左右。
大气遥感仪器的发展和应用将大气探测提高到一个崭新的阶段。40年代初出现了专门的云雨测量雷达，1960年4月美国发射了颗气象卫星，以后，各种类型的遥感设备相继研制和试验成功，如激光雷达、风廓线仪、微波辐射仪等。这些现代遥感仪器的应用和美国、前苏联、中国、日本等国陆续发射的一系列气象探测卫星，大大提高了现代大气探测的水平。
随着大气观测自动气象站网的改进和提高，精度和效率更高的遥感仪器和设备的应用，即将进行的探空仪的改型换代和GPS测风系统的引入等等，可以预见，一个以现代化大气探测仪器装备起来的新一代大气探测系统，即将展现在我们面前。