La durée d’insolation (durée d’ensoleillement) en un endroit donné est mesurée par un héliographe. L’héliographe est un instrument météorologique destiné à mesurer la valeur journalière de la durée d’insolation. Il enregistre la durée pendant laquelle le rayonnement solaire est d’une intensité supérieure à 120W/m2.
Dès le milieu du milieu du 19e siècle, les météorologues explorent l’atmosphère pour en comprendre sa structure. Des mesures météorologiques en altitude sont réalisées régulièrement dès le début du 20e siècle pour recueillir des informations sur les propriétés de l’atmosphère.
Les précipitations les plus communes sont la pluie, la bruine, la neige, la grêle et le grésil. La mesure de la hauteur des précipitations s'effectue généralement à l'aide d'un pluviomètre. Il s'agit d'un instrument permettant de comptabiliser la quantité de précipitations tombant sur une surface donnée sur un intervalle de temps donné. L’unité de mesure est le millimètre et correspond à la quantité (en litres) de pluie tombée sur une surface de 1 m².
La valeur de la pression atmosphérique à un moment donné s’obtient au moyen d'un baromètre. Cet instrument permet de repérer la pression de l'atmosphère au niveau du lieu d’installation. Plusieurs types de baromètre ont été utilisés depuis la fin du 18e siècle : baromètre à mercure, baromètre anéroïde, baromètre à ruban vibrant, etc. Actuellement, Météo-France utilise des baromètres numériques faisant appel à un capteur capacitif.
La température de l’air est mesurée à l’aide d’un thermomètre. En météorologie, on utilise plusieurs types de thermomètres : thermomètres à dilatation de liquide (alcool ou mercure), thermomètres à bilames métalliques, sondes thermométriques à résistance ou thermomètres électroniques. Le thermomètre à mercure, largement utilisé depuis la fin du 18e siècle, tend à disparaître en raison de sa toxicité.
Le vent est caractérisé par sa direction et sa vitesse. La direction d’où vient le vent se mesure avec une girouette. La direction du vent est représentée par une valeur angulaire par rapport à l’axe vertical Nord-Sud. La notation de la direction du vent a évolué depuis la fin du 19e siècle. Les roses de 8, 16 ou 32, correspondant aux sous-multiples des directions cardinales usuelles, ont été utilisées en France jusqu’en 1961 pour les observations du vent au sol.
Les fonds d’archives du climat de Météo-France sont essentiellement constitués de tableaux d’observations météorologiques rassemblés sur le territoire métropolitain et ultramarin ou dans les anciennes colonies françaises, ainsi que de documentation sur les stations météorologiques, les techniques d’observation et les instruments de mesure.