Meteorologen/Meteorologinnen erforschen die Erdatmosphäre und Wetterphänomene wie Luftströme, Gewitterbildung, Temperaturentwicklung etc. Ziel der Untersuchungen ist, meteorologische Vorgänge zu erklären und die Wetterentwicklung zu prognostizieren. Für die Gewinnung von meteorologischen Daten setzen Meteorologen/Meteorologinnen verschiedene Geräte ein, z. B. Thermometer, Luftdruckmesser, Niederschlagsmesser, Spektrometer, die an Flugzeugen und Ballonen befestigt sind sowie Wettersatelliten. Satelliten werden vor allem zur Erforschung und Prognose von Kontinentalwetterlagen verwendet.
Meteorologen/Meteorologinnen werten die gewonnen Daten aus und stellen sie zu Wetterberichten und Wetterprognosen zusammen. Diese werden dann in Printmedien sowie in Rundfunk und Fernsehen veröffentlicht oder an Verkehrs- und Flugwetterdienste weitergeleitet.
Immer größere Bedeutung gewinnen punktgenaue regionale und lokale Wetter- und Niederschlagsprognosen. Ob in der Vorbereitung von Sportveranstaltungen, bei der Planung von Bergtouren oder eines Kurzurlaubes, immer öfter werden zeitpunktgenaue, lokale Wettervorhersagen gewünscht, die telefonisch oder über Internetportale abrufbar sind. Gemeinsam mit Unwetter-Warnungen z. B. über SMS stellen die Prognosetätigkeiten für diese Anwendungen ein wachsendes Betätigungsfeld für Meteorologen/Meteorologinnen dar.
Meteorologen/Meteorologinnen sind in verschiedenen Fachbereichen tätig. Im Bereich der meteorologischen Grundlagenforschung untersuchen sie die Ursachen von klimatischen Veränderungen (z. B. Umweltverschmutzung durch Abgase) und deren Auswirkungen auf die Erde, wie z. B. Erderwärmung, "Treibhauseffekt", Gletscherschmelze. Im Bereich der hydrografischen Meteorologie untersuchen sie den Einfluss des Wetters auf den Grundwasserspiegel oder auf die Wasserführung von Flüssen. Im Bereich der Agrar- und Forstmeteorologie werden Berichte und Prognosen (z. B. Sturm- und Hagelwarnungen) sowie meteorologische Gutachten zu Fragen des Anbaues und der Bewässerung von bestimmten Regionen erstellt. Die Biometeorologie versucht statistische Zusammenhänge zwischen Wetterbedingungen und menschlichem Wohlbefinden nachzuweisen (z. B. Einfluss von Fönwetter auf Kreislauf oder Blutdruck).
Meteorologen/Meteorologinnen sind aber auch in Rundfunk und Fernsehen tätig (Medienmeteorologe/Medienmeteorologin). Dabei erstellen sie nicht nur die Wettervorhersagen für einen bestimmten Zeitraum und eine Region, sie präsentieren diese auch live im Fernsehen oder im Radio. Neben fundiertem meteorologischen Know-how sind in diesen Fällen auch ein entsprechend sicheres und gutes Auftreten, Moderations- und Kommunikationsfähigkeiten besonders wichtig.