大气性状及其现象(天气和气候)是用基本要素——气温、气压、湿度、风、云况(云状和云量)、能见度、降水情况(降水类型和降水量)、辐射、日照以及各种天气现象等来描述的，这些因子称为气象要素。气象要素随时间和空间而变化，其观测记录是天气预报、气候分析以及与大气科学有关的科学研究的基础资料。
一、气温
表示大气冷热程度的物理量称为大气温度(简称气温)。由热力学可知，气体温度T(绝对温度)是分子平均动能的量度，也是分子运动快慢的量度。气温越高，大气分子不规则运动的平均动能越大，分子不规则运动的速度也越大。
量度温度高低的尺子(即单位)称为温标。常用的温标有以下3种。
1、我国采用的摄氏温标，用℃或C表示。由其表示的温度为摄氏温度，常用符号t表示。摄氏温标以标准气压(1013.25hPa)下纯水的冰点为零点(0℃)，沸点为100℃，其间分为100等分，每1等分即为1℃。
2、国际通用的绝对温标，以K表示。它所表示的温度称为绝对温度，以符号T表示。这是理论研究常用的温标，该温标的零度(称为绝对零度)规定为摄氏-273.16℃。因此，绝对温标与摄氏温标间的转换关系为T=273.16+t≈273+t。
3、欧美国家常用的华氏温标，用℉表示。这种温标将水的沸点定为212℉，水的冰点定为32℉，并将这两点之间分成180等分，每1等分表示1℉。华氏温标与摄氏温标之问的关系为F=9t/5+32。
二、气压
托里拆利实验证明，大气有压力，并且每一物体受到的大气压力等于压在物体上的大气柱重量。气象上的气压是指大气的压强，静止大气中某地的气压是该地单位面积七大气柱的重量。当大气有垂直加速运动时，气压值与单位面积上大气柱的重量之间有一定差异，但一般大气的垂直加速很小，可将其看作静止大气。
目前常用的气压单位有2种。
一种是国际单位Pa(帕斯卡)，1Pa等于1m2面积上受到1N(牛顿)的压力，即1Pa=1N·m-2。为方便起见，气象上常采用百帕(hPa)来表示气压，1hPa=100Pa。
另一种单位足毫米水银柱高度(mmHg)，它来源于测定大气压强的水银柱气压表。气象上规定，温度为0℃，纬度为45℃的海平面气压为1个标准大气压，1(标准)大气压=760mmHg=1013.25hPa。
在过去的气象书籍中，经常用毫巴(mb)作为气压的单位，它与hPa和mmHg的关系是1mb=1hPa=3/4mmHg。
三、大气湿度
大气湿度是表示大气中水汽含量多少的物理量。它是一个重要的气象要素，因为它与大气中的云、雾、降水的形成密切相关。常用的湿度参量有以下几种。
1、水汽压(e)
水汽压是大气中所含水汽的分压力。大气是混合气体，在常温、常压下可近似看作理想气体。根据道尔顿气体定律，可把大气压力看成干大气和水汽压力之和，即p=pd+e，其中pd表示干大气气压，e的单位与气压p一样，也用hPa表示。
2、饱和水汽压(E)
假定在一个封闭容器中，下部盛放了纯液态水，上部为大气，其气压为p，纯水和大气具有相同的温度。设最初容器中的大气是干燥的，则液态水将开始蒸发，有水汽不断进入水面上方的大气中，这时大气的压强就会因水汽的分压力(e)而逐渐升高。然而，当水汽压P增加到某一限度值E时，气态水和液态水就不再增加和减少，水和水汽达到动态平衡，蒸发停止。
这种平衡称为相态平衡，达到相态平衡时大气中所含的水汽称为饱和水汽，其水汽压E称为饱和水汽压。当容器中的水温增加时，上方大气水汽压能容纳的水汽也增加，即饱和水汽压E随之增加。也就是说，饱和水汽压E表示在一定温度下大气中水汽的最大容量，其值随温度的升高而增大。
四、风
天气预报和日常生活中所说的风是指大气相对于地面的水平运动(实际上，大气相对于地面的运动是三维的，除水平运动外，还有垂直运动，将在后续有关章节中介绍)。它是一个水平矢量，有风向与风速之分。
风向是指风的来向，一般用16个方位或方位角(度数)来表示(下图)。以度数表示时，由北起按顺时针方向量度，如北风为0°，东风为90°，南风为180°，西风为270°。
风速是指单位时间内大气相对于地面移动的水平距离，其单位常用m·s-1或km·h-1表示，也有用涅(mile·h-1)表示的。三者的关系是1m·s-1=3.6km·h-1，1mile·h-1=1.85km·h-1。风速大小也可用风力等级表示。1805年，英国海军将领蒲福根据风对地面(或海面)物体的影响，提出风力等级表，几经修改后得到下表。
