天氣預報只是現代氣象學中天氣學的一個分支學科。氣象學包括大氣探測、氣候學、天氣學等。中國古代的天氣預報，方法大致有四種：一、根據農村諺語作預報；二、理論預報；三、測量濕度作預報；四、觀察天象、氣象、土石和動物情狀作預報。最常用的是第一及第四兩項。最早將天氣諺語彙集成書的是東漢崔實的《農家諺》。測量濕度作天氣預報，從漢代至宋代都有。觀察天象、氣象、土石和動物情狀作天氣預報的歷史悠久，從《詩經》、《孫子》，漢代《風角要訣》、《淮南子》、《論衡》，晉代《廬山記》、《晉書‧天文志》，唐代《相雨書》，宋代《談苑》、《泊宅編》、《續博物志》，明代《便民圖纂》、《武備志》、《農政全書》，清代《管窺輯要》等都有記載。

古代氣象要素指氣溫、濕度、風、雲、降水、虹、霓、暈、華等。古代氣象學沒有這麼多分支學科，它的主要內容是：一、對各種氣象因素的認識；二、氣候學；三、天氣預報；四、物候學。商代甲骨文中已有風、雲、虹、雨、雪、霾、霞、雷暴、雹暴等氣象記載；戰國時《黃帝內經》已指出氣溫隨高度和風向的不同而變化；西漢已發明天平式土炭濕度計，測風器已有觀俔、銅鳳凰和相風鳥三種。《周禮》中有觀測「十輝」的專職。

九九歌是中國古代對氣候的認識，主要指對季節性出現的物候現象的認識，它不僅有季節性，還有地域性差異。戰國時《尚書‧堯典》提到一年可分四季。《逸周書‧時訓解》將一年分為七十二候。西漢《淮南子‧天文訓》正式確定二十四個節氣名稱。東漢《風俗通義》、西晉《風土記》都已提到長江中下游的重要氣候現象梅雨和信風。東晉《法顯傳》提到利用信風航海。南朝《荊楚歲時記》提到冬九九，數九寒天由此而來。

宋代陸游的《鳥啼》詩，反映了中國古代物候曆如何指導農民生產。詩曰：「野人無曆日，鳥啼知四時。二月聞子規，春耕不可遲。三月聞黃鸝，幼婦憫蠶饑。四月鳴布穀，家家蠶上簇。……」中國物候曆最早的是《夏小正》，以後《呂氏春秋》、《逸周書》、《魏書》、《隋書》及以下各代史書中均有物候曆。南宋呂祖謙的《庚子辛丑日記》記有每天的物候。它記錄了浙江金華地區一年零七個月內二十多種植物的開花期和第一次聽到春禽、秋蟲鳴叫的時間。這是世界上現存最早的記錄每天實際觀察物候的著作。