由中國許多氣象觀測臺站所組成的大氣探測系統。這些氣象觀測臺站分佈於不同地理位置，按照統一的觀測規範，對大氣溫度、氣壓、濕度、風、雲、降水、輻射等氣象要素進行長期不間斷的觀測，為監測大氣和天氣預報、氣候預測提供基本觀測資料。
中國用現代觀測儀器設立專門的氣象觀測站始於19世紀40年代。鴉片戰爭後，俄、法、英、日、德等國在中國設立瞭少量氣象觀測站，其中以1873年法國在上海徐傢匯、1898年德國在青島設立的氣象站影響較大。辛辛亥革命後，中華民國政府於1912年在北京設立瞭中央氣象臺，這是中國自己最早建立的氣象觀測站。此後發展緩慢，至1949年時全國僅有約100個氣象站。1949年10月中華人民共和國建立後，至1959年底，中國的地面和高空氣象觀測網已基本建成，而且統一瞭觀測儀器和觀測規范，觀測記錄質量有瞭顯著提高，為現代大氣科學的研究與發展打下瞭基礎。
20世紀80年代以來，中國氣象局努力推進氣象業務現代化建設，初步建成瞭門類比較齊全、佈局基本合理的氣象觀測站網，或稱之為氣象綜合探測系統。遍佈高山、海島、荒漠及全國各地的2 600多個氣象臺站，組成獨具特色的氣象臺站網。截至2006年底，中國已擁有2 643個地面氣象觀測站、412個衛星雲圖接收站點、252個不同類型的天氣雷達站。1994年世界上第一個大陸腹地基準本底觀象臺在中國青海省瓦裡關山建成。
1987年和1997年分別建成瞭由國傢衛星氣象中心和北京、廣州、烏魯木齊3個衛星地面站組成的極軌和靜止氣象衛星資料接收處理系統。1988年9月和1990年9月，先後成功發射瞭兩顆“風雲”1號極軌氣象試驗衛星，1997年6月成功發射“風雲”2號靜止試驗氣象衛星，2004年10月成功發射“風雲”2號業務靜止氣象衛星，標志著中國大氣探測業務邁上一個新臺階。