科学进步
太阳给赤道地区提供的热量超过了给两极地区提供的热量，大气和海洋应对这种不平衡现象的方式是重新分配地球所捕获的能量，由此出现的风况是由地球绕倾斜轴自转、热力学和物理学基本规律以及复杂系统的非线性特性 共同作用形成的，这种形势就是天气。
到了20世纪80年代，科学工作者对海洋和平流层（对流层之上产生天气现象的大气层）影响天气的方式有了日益精确的认识。海洋比大气存储的热量更多，存储的时间更长，并将夹带着水分的热量传输到大气中。平流层过程包含与臭氧层相关的过程，可对平流层的循环产生影响，并可与下方对流层中的风产生交互作用。
除了依靠观测，科学工作者还通过创建数值模式，动态模拟大气行为，研究天气。这些数值天气预报模式通过系列数学方程，描述云况、降水、风况、气温、气压等天气变量的演变方式和彼此交互方式，处理全球的天气观测资料。随着对地球系统的科学认识不断进步，科学工作者也在不断完善这些模型。然后，预报人员利用其专业知识和实际经验，解释模式针对其所负责的区域或地区所呈现出来的意思，并告知公众。
与此同时，在过去的几十年中，有关气候变率和气候变化的科学也已取得长足进步。通常，气候的定义是较长一段时间（通常为30年）内的平均天气。气候科学工作者努力通过研究气温、降水和风暴的季、年、十年、百年或千年的总体变化，预测气候变化。气候是随着地球上陆地、海洋、河流、湖泊、冰川、冰帽、森林等生态系统的自然和人为变化与变动形成的，并受到二氧化碳等温室气体水平变化的影响，因为红外辐射经太阳加热后会从地球反射回空间，这类气体通过吸收红外辐射可控制自然能量流经气候系统的方式。
加深对气候的理解有助于更好地了解天气，反之亦然。例如，对气候变化改变风暴等极端事件形势和频率的方式方面获得的新见解将有助于提高天气分析和预测水平。提高对天气事件和趋势的观测和研究水平将有助于对气候模式和预测进行微调。
延伸预报
上个世纪80年代以前，气象工作者通常只能提供两至三天的预报。当前的预报已延伸至五天、甚至十天，且比几十年前的短期预报更为可靠。进一步的改进正在酝酿之中。
举例来说，科学工作者正在合作开展一个名为“观测系统研究与可预报性试验（THORPEX）”的项目，目的是将高影响天气事件的预报延长至 两个星期，并测试下一代预报产品。十大预报中心为了支持THORPEX，正在向其提供集合预报，里面含有多达20多个风暴潜在路径模拟结果，这样就可以为各种可能路径分配概率。反过来，预报人员可利用这些概率验证其产品和服务是否有益，下一步，还能改进对高影响天气事件的早期预警。
天气界和气候界正日益携手，共同提高其预测水平。其目的是要提高预报的可靠性和实用性，超越目前认为可能达到的水平，这方面的工作包括实现天气气候之间的连续性、一体化，在此基础上，再探索实现无缝化的天气和气候预测。天气预报和气候预测通常被视为独立的科学学科。然而愈来愈多的人认为，从概念上看，天气和气候之间的传统界限是人为界定的。
涛动和遥相关
通过提高观测和计算能力，科学工作者已在探测和了解天气气候系统的大形势和大周期方面取得了长足进步。上世纪80年代和90年代，国际上为提高观测水平，更好地了解海洋与大气之间的交互作用方式开展了重大活动，进而大大提高了我们预测热带等地区季节形势的能力。
其中最重要的形势是厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）。ENSO是热带太平洋地区大气与海洋之间相互作用的产物。在厄尔尼诺阶段，南美洲秘鲁海岸附近的海面温度高于正常水平；在拉尼娜阶段，上述温度低于正常水平。
通过“遥相关”，ENSO与世界各地的重大气候波动发生联系。比如，在厄尔尼诺事件期间，北美部分地区往往出现暖冬，而其他部分则变得清凉、多雨；东部非洲通常雨水偏多，而南部和中部非洲、东南亚和澳大利亚北部则往往比常年更为干旱。从12月到次年2月，拉尼娜事件常常导致秘鲁和智利沿海地区干旱、巴西北部比常年更加湿润。
科学工作者已发现影响气候的还有其他大尺度涛动。北大西洋涛动是中心位置位于大西洋中部的高压系统和中心位置位于北极附近的低压系统之间的压力波动。它控制着横跨北大西洋的西风和风暴路径的风向及强度。两个系统之间巨大的压差往往使横跨大西洋的西风湿度更大，给欧洲带来了凉爽的夏天、温和的冬天和频繁的降雨。当压力梯度较低、风力薄弱或受到抑制，更多天气现象会来自欧洲大陆的东部；夏季往往更加炎热，冬季更加寒冷，降水更为减少。非洲北部和北美东部的天气也会受到北大西洋涛动的影响。
如此不断深入对大气、海洋和地表相互作用、产生涛动和遥相关的认识，可以用于改进天气和气候预报。随着科学工作者对气候系统的不断研究，其将更有信心探究此类大型气候形势及其影响。这样做又继而为采取有效措施、保护生命和财产免受极端天气和气候事件的影响争取到更多的准备时间。
