天気予報は数千年に渡る歴史を持つが、使われる技術はその時点から大きな変容を遂げている。天気予報は未来の大気の状態がどのように進展するかを見極めるため、大気の状態（特に温度、湿度、風）に関するデータをできるだけ多く集め、かつ気象学を通した大気変化への理論を適用することで予報を成り立たせている。現代の天気予報は、大気の状態を数値モデル化し、計算機で演算を行い数値予報をする。これに予報者の経験もそこに加味して予想を行っている。しかしながら、自然の大気の変化は複雑であり気象変化を完全に理解・表現することは非常に困難であるため、天気予報はその予想量が増加するのに応じて、予測が不正確になってしまう。
天気予報は大気の変動を予測することであり、究極的には流体の運動の予測である。これは非常に困難であり、少なくとも厳密に長期にわたる予想は不可能である。