氣象雷達屬於雷達領域中的一個重要分支，其發展至今大致經歷了從模擬、數字到以美國NEXRAD為代表的新一代氣象雷達三個發展階段。由控制面板、顯示器、天線和收發機構成了氣象雷達主要部件。機載氣象雷達還需由垂直陀螺提供傾斜和俯仰穩定信號，傾斜和俯仰信號可以由單獨的垂直陀螺組建提供，也可由慣性基準系統提供。
近期，黑龍江省黑瞎子島新一代都卜勒天氣雷達CINRAD/CA系統正式投入業務運行。該雷達系統由雷達天線塔、雷達信息處理中心和撫遠國家氣象觀測站及配套系統組成，能夠實時、準確地獲取更高精度和更大範圍的降水量、天氣過程和風場信息等數據，增強了對暴雨、冰雹、大風等災害性天氣過程的監測能力和氣象防災減災能力。
天線塔是用於支撐天線並使其保持一定高度的建築物。一般採用鋼製或鋼筋混凝土製。天線塔有三種設置方式：一是在高層電信樓頂層設敞開式天線層(天線平臺);二是在電信樓頂層設鋼結構或鋼筋混凝土結構天線塔；三是獨立的天線塔。塔高由工藝設計確定，但在天線發射方向上應高於城市其他建築物。微波信號對方向性要求較嚴，因此應儘量減少天線的扭轉和晃動。目前天線正由單一功能向多功能方向發展。
都卜勒天氣雷達，是一種主動遙感的探測工具，在測量雲、降雨和各種強對流天氣發生發展內在因素方面有重要的應用，其工作原理即以都卜勒效應為基礎，可以測定散射體相對於雷達的速度，在一定條件下反演出大氣風場、氣流垂直速度的分布以及湍流情況等。這對警戒強對流天氣等具有重要意義。都卜勒雷達是世界上最先進的雷達系統，有「超級千裡眼」之稱。
相較於傳統天氣雷達，都卜勒雷達能夠監測到位於垂直地面8-12公裡的高空中的對流雲層的生成和變化，判斷雲的移動速度，其產品信息達72種，天氣預報的精確度比以前將會有較大提高。
新一代都卜勒天氣雷達的產品包括基本產品和導出產品。基本產品有三個：反射率因子、平均徑向速度、譜寬。反射率因子描繪了一個完整的360方位掃描的回波強度數據，數據等級用dBZ表示。雷達操作者可依靠反射率因子產品確定回波的強度，確定風暴的強弱和結構以及強降雨(雪)帶，還可根據反射率因子隨時間的變化確定降水回波的移動以及未來的趨勢等。
平均徑向速度表示整個360方位掃描徑向速度數據，徑向速度即物體運動速度平行與雷達徑向的分量。徑向速度有許多直接的應用，可以導出大氣結構，風暴結構，可以幫助產生、調整和更新高空分析圖等。
平均徑向速度產品有兩點局限性：
一是垂直於雷達波束的風的徑向速度被表示為0;二是距離摺疊和不正確的速度退模糊。譜寬數據實際上指的是速度譜寬數據，它是一個對速度離散量的度量。它可提供由於風切變、湍流和速度樣本質量引起的平均徑向速度變化的觀測，也可用來確定邊界(密度不連續面)位置、估計湍流大小及檢查徑向速度是否可靠。
導出產品是雷達產品生成系統(RPG)根據基本數據資料通過氣象算法處理後得到的產品，比較重要的有相對於風暴的平均徑向速度圖、相對於風暴的平均徑向速度區、強天氣分析、組合反射率因子、回波頂、剖面產品等。最常用的還是基本產品，導出產品只能起到提示和參考作用。
氣象雷達的工作範圍包括
距離測定
氣象雷達發射的電磁波是以光速c在空中向前傳播，通過測量所接收到的目標回波信號與發射脈衝之間的時間間隔t，可以算出目標相對於飛機的距離L =ct/2。它的距離分辨力決定於脈衝的寬度，要提高區分近距離目標的能力，必須使用較窄的脈衝寬度。
方位測定
它是通過測定雷達天線波束軸的瞬時方位來確定目標方位的。雷達天線所形成的輻射波束是寬度很窄的圓錐形波束，當天線指向某一方位時只有該方位的目標回波才能被雷達所接收，把該信號的位置傳輸給顯示器，使回波圖像顯示在顯示器的相應方位，就可以確定目標的實際方位。雷達的方位分辨能力取決於天線水平面內的波束寬度，天線波束在水平面內的寬度越窄，其方位分辨力越好，為保障良好的方位分辨力，採用平板縫隙天線陣。
降水探測
雖然雨、冰雹和雪都屬於導電的水物質，氣象雷達可以探測雨滴或溼地冰雹，卻無法探測雲、霧、乾燥的冰雹、冰晶或雪。含水物質對於雷達發射的射頻脈衝能量有一部分被吸收、損耗和散射，其餘都被有效的反射，只要在雷達監測的範圍內，且具有一定的直徑和密度的降雨區域均能產生有效的回波，從而被氣象雷達檢測出來。反射回的信號強弱與目標含水量有關，接收器接收到信號就可分析目標的性質和強弱，並在顯示器使用不同的顏色表示。
湍流檢測
湍流是指在一定的空域中急速且多變的運動氣流，它會使進入其中的飛機產生顛簸甚至對飛機結構造成破壞。暴雨區域常伴有湍流，其危害不言而喻。對湍流的檢測是基於都卜勒原理實現的，都卜勒頻移與相對速度的偏差成正比f=2v/λ。接收機將所接收到的信號的都卜勒頻譜寬度與規定的門限值作比較，如果大於規定值，就判斷目標是湍流並給出警告信息。需要特別注意的是乾燥的湍流是無法被探測和顯示的。
風切變檢測
風切變是指在一個較小的區域內，風向和風速突然發生改變。風切變是導致飛行事故的重要因素，特別是低空風切變對飛機起飛和著陸安全威脅巨大，不僅能使飛機航跡偏離，而且會破壞飛機的穩定性。切變檢測方法和湍流基本相同，雷達根據風切變區域產生的回波的都卜勒頻移的頻譜特徵來實現前視風切變檢測的。氣象雷達並不能保證檢測出所有的危險天氣區域，所以決不能把雷達的顯示圖像作為危險氣象和地形的依據，對於探測出的危險應選擇避讓而不是穿越那些區域。在選擇探測範圍時不應過小，那會使飛機進入盲區而無法感知危險，同時距離過近也會造成沒有安全距離來避開已臨近的惡劣氣象，從而發生危險。