除了简单的雨量计外，气象学还使用4种测量仪器：测量温度的温度计、测量气压的气压计、测量风的风力计及测量空气中湿气的液体比重计。
1721年或1721年以前，阿姆斯特丹一位德国的仪器制造家法伦海特发展了一种伽利略于1603年便已发明的温度计。他使用水银以代替水作为伸缩液体，并以水的冰点（32度）与人体正常的口内温度（98.6度）为基础划分刻度。1730年，雷奥米尔向科学院提出“以可比较的等级制造温度计的量尺”的报道。他将水的冰点定为零度，沸点为80度，同时划分刻度使与温度计内液体（他使用酒精为液体）的升降等量一致。乌普萨拉的安德斯·切尔西乌斯约1742年以再使用水银，并在水的冰点与沸点间划分100刻度而改进了雷奥米尔的温度计。为了更精确地确定这些度数，日内瓦的德吕克于1772年使相对的温度计在主要方面有它们今日的样式：英语民族使用华氏度数，其他民族则使用摄氏度数。
托里策利（Torricelli）于1643年发明气压计，但气压计内气压的变化受到不可控的各种因素的影响而显得不稳定：水银的品质、管子的口径、气温。以德吕克的试验与计算而达到高潮的各种不同的研究，补救了这些缺点，并使水银气压计形成今日的样式。
几种粗陋的风力计完成于17世纪。阿夫朗士的学者主教皮埃尔·于埃1721年去世时留下风力计的一种图样，将风灌入一根管子，使升起一柱的水银以测定风力。这一发明后改进为苏格兰物理学家詹姆斯·林德的风压计（1775年）。约翰·斯米顿在约1750年设计测量风速的机械装置。18世纪测量湿度的最好仪器是多才多艺的加尔文派教徒索绪尔发明的湿度计（1783年），这是根据人的头发随着湿度的变化而伸缩的原理发明出来的。威廉·卡伦（William Cullen）以各种液体在蒸发时的冷却作用而提供另一种湿度计的设计理论基础。
有了这些及磁针等其他仪器，科学便可迈步侦测各种游移不定的气候的规律。首先是可靠的记录。有些记录由法国科学院从1688年起一直保留下来。1717年至1727年，一位布勒斯劳的医生保留了他从德国许多地方找到的每日天气记录。1724年，伦敦皇家学院开始编集不仅从英国，而且从欧陆、印度与北美来的气候报道。一项合作性更广泛、更有系统的每日天气记录于1780年由曼海姆的亨默在巴拉丁选帝侯西奥多尔的资助下组织而成，但在法国大革命期间遭到废弃（1792年）。
一种激起许多臆测的气候现象是北极光现象。哈雷曾于1716年3月16日至17日仔细研究这些“北极光”的突发，而将之归因于受到地球发出的磁力的影响。1741年，约尔特及其他斯堪的纳维亚的观察家注意到北极光突发时磁针的不规则偏差。1793年，化学家约翰·达尔顿指出，这些北极光的光芒与磁倾针的方向平行，而它们的最高点或集中点则在磁极子午线上。因此，18世纪已认识到这种现象的有电性，我们现在予以解释为，因太阳射出的分子引起的离子化造成的地球气层里的一种放电现象。
18世纪气象学的文献始自沃尔夫的《量气学原理》（1709年）。该书总结当时已知的资料，同时提出一些新仪器。达朗贝尔在《风的一般成因的回顾》这篇于1747年赢得柏林学院奖的文章中，试图以数学公式确定风的移动。这一时期杰出的论文是路易·科特这位蒙彼利埃的教士的巨著《气象学》一书（1774年）。科特搜集并表列自己及其他人观察的结果，描述仪器，并将发现应用到农业上。他提出各种作物的开花与成熟时间、燕子飞临与飞离之期，及夜莺何时歌唱；他把各种风认为是天气变化的主要原因；他还提出天气预测的试验性公式。德吕克的《大气变化研究》（1772年）延伸了帕斯卡与哈雷在高度与气压关系方面的实验，从而制定出一种法则，认为在某一气温下（气压计内）水银高度对数的差异，在一英寻的千分之几当中，能立即指出我们观察气压计的地方在高度上的差异。使气压计附着在某一平面，德吕克能以气压法估定各种陆标的高度。因此，他计算勃朗峰的高度为14346英尺。索绪尔爬上该峰并在山顶记下其气压标记（1787年），测得高度为15700英尺。
