Il Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare gestisce un complesso sistema di osservazione, costituito da:
A tale sistema si aggiunge la Stazione nazionale per l'acquisizione e l'elaborazione in tempo reale dei dati dai satelliti geostazionari e polari, del consorzio europeo EUMETSAT e di diversi altri operatori internazionali.
Oltre alle Stazioni per le osservazioni meteorologiche, L’Aeronautica Militare mantiene operativa una rete per le osservazioni speciali, per la rilevazione della radiazione solare e della durata del soleggiamento, dell'ozono totale, dell'anidride carbonica e degli inquinanti chimici nelle precipitazioni.
Tutte le Stazioni compiono osservazioni a orari stabiliti rigorosamente in sede internazionale e sono identificate da un indicativo numerico sulla pubblicazione dell'Organizzazione Meteorologica Mondiale, OMM. "Stazioni di Osservazione". Sono regolarmente soggette a manutenzione per assicurare il corretto funzionamento della strumentazione e l'adeguato standard di osservazione.
Le osservazioni meteorologiche vengono eseguite secondo gli standard indicati dall'OMM, nella "Guida agli strumenti meteorologici e ai metodi di osservazione". Le osservazioni, che hanno scopi aeronautici e sinottici, sono rappresentative di un'area di circa 70 chilometri di raggio e avvengono ad intervalli orari, triorari ed esaorari. A queste si aggiungono, sempre per finalità di assistenza alla navigazione aerea, anche osservazioni effettuate con cadenza semioraria o speciali, ovvero effettuate per improvvise variazioni dello stato del tempo.
La maggior parte delle osservazioni sono strumentali, ma alcune avvengono a vista, in particolare sulle stazioni aeroportuali, ove è di fondamentale importanza per l'assistenza alla navigazione aerea la valutazione del tipo, della quantità e dell'altezza delle nubi, della visibilità e del tipo e intensità dei fenomeni atmosferici.
La rete di Stazioni in superficie presidiate è integrata da una rete di Stazioni automatiche, denominate Data Collection Platform D.C.P. Le Stazioni automatiche acquisiscono con continuità tutti i parametri meteorologici rilevati dai sensori di cui sono dotate e compilano automaticamente il bollettino di osservazione, trasmettendolo al satellite METEOSAT. Quest'ultimo invia i dati a un centro di raccolta che lo immette sulla rete di telecomunicazioni meteorologiche Global Telecomunication System, G.T.S. per la disponibilità a tutti Servizi Meteorologici Nazionali.
La rete di Stazioni per il rilevamento di parametri atmosferici in quota è costituita da 6 siti che effettuano 2 osservazioni giornaliere. Le osservazioni in quota sono strumentali e vengono realizzate mediante radiosonde, apparati equipaggiati con sensori che rilevano la pressione, la temperatura e l'umidità e con una radio trasmittente che invia le misurazioni a una Stazione ricevente a terra. La sonda viene portata in quota da un pallone ascendente a velocità costante di circa 5 metri al secondo. La ricezione del segnale a terra permette di registrare automaticamente i valori di pressione, temperatura e umidità alle diverse quote dal suolo sino a 30 km d'altezza. La direzione e l'intensità del vento si derivano dalla posizione istantanea della radiosonda, che è dotata di un sistema di radionavigazione GPS. Le Stazioni per le osservazioni in quota sono rappresentative di un'area circolare di circa 200-250 chilometri di raggio e le osservazioni vengono effettuate ogni 12 ore. L’Italia è uno dei primi Paesi al mondo ad aver completamente automatizzato la rete di osservazione in quota, attraverso dei sistemi robotizzati definiti “Autosonde” che richiedono esclusivamente l’attività di un singolo operatore da remoto per l’intera rete.
Per il telerilevamento da satellite l'Italia è tra i 30 Paesi che contribuiscono a EUMETSAT, l'organizzazione europea con sede a Darmstadt (Germania) costituita nel 1986, preposta al lancio e alla gestione dei satelliti meteorologici. Il Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare ha, presso il Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aerospaziale, il CNMCA di Pratica di Mare, la capacità di acquisizione in tempo reale dei dati provenienti da satelliti meteorologici geostazionari e polari.