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 provenienti 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 il rilevamento 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 secondo criteri ed orari stabiliti rigorosamente in sede internazionale, e sono identificate da un indicativo numerico sulla pubblicazione dell'Organizzazione Meteorologica Mondiale, OMM. Esse sono regolarmente soggette a manutenzione per assicurare il corretto funzionamento della strumentazione e l'adeguata rispondenza agli standard di osservazione, stabiliti dall'OMM nella "Guida agli strumenti meteorologici e ai metodi di osservazione". Le osservazioni possono avere scopi sia aeronautici, sia sinottici: le sinottiche sono rappresentative di un'area di circa 70 chilometri di raggio e si susseguono ad intervalli orari, triorari ed esaorari. Le osservazioni aeronautiche (METAR) per l’assistenza alla navigazione aerea, sono di norma, a cadenza oraria e semioraria e possono essere tempestivamente aggiornate (SPECI) per segnalare improvvise variazioni dello stato del tempo.
La maggior parte dei parametri riportati nelle osservazioni sono rilevati direttamente dalla strumentazione ma, nelle stazione presidiate, soprattutto quelle aeroportuali, dove le esigenze di assistenza alla navigazione aerea sono di fondamentale importanza, alcuni parametri sono stimati a vista. Ci si riferisce in particolare, alla valutazione del tipo, della quantità e dell'altezza delle nubi, alla visibilità e al tipo e intensità dei fenomeni atmosferici.
La rete di Stazioni in superficie è integrata da una rete di Stazioni automatiche, denominate Data Collection Platform (DCP). Queste, 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, che a sua volta, invia i dati a un centro di raccolta che lo immette sulla rete di telecomunicazioni meteorologiche Global Telecomunication System, (GTS), che ne assicura 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 da sensori che rilevano la pressione, la temperatura e l'umidità e di 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 oltre 30 km d'altezza. La direzione e l'intensità del vento si derivano invece dalla posizione istantanea della radiosonda, 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 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, costituita nel 1986 e con sede a Darmstadt (Germania), preposta al lancio e alla gestione dei satelliti meteorologici. Il Servizio Meteorologico dell'Aeronautica Militare ha allocato la capacità di acquisizione, in tempo reale, dei dati provenienti da satelliti meteorologici geostazionari e polari presso il Centro Nazionale di Meteorologia e Climatologia Aerospaziale, il CNMCA di Pratica di Mare.