如果說把天氣預報與數學、物理聯繫在一起，恐怕一般人都很難想到，而事實上，我們目前的天氣預報，就是用數學物理模式對大氣狀況進行分析，用高速計算機求解而得到的。這樣方法叫數值天氣預報，亦稱「天氣預報的流體力學方法」。它是目前全世界都在用的一種天氣預報方法尤其對3~7天內的預報，比較準確。它是根據描述大氣運動規律的流動力學和熱力學原理，構成閉合方程組，也就是大氣的數值模型，只要知道某個時刻大氣的初始狀態，就可通過數學方法求解，計算出來某個時間大氣的狀態，亦就是通常所說的天氣形勢及有關的氣象要素如溫度、風、降水等。
千百年來，人們在生活實踐中積累了豐富的看天經驗，從雲、光象、物象中尋找未來天氣發展的趨勢。
自從十五世紀初，特別是十七世紀後，多種探測手段相繼問世，尤其是靠空探測技術的發展，人們可以定量的探測大氣三度空間狀況，並可將各地的氣象資料迅速地集中起來，並將同一時刻全球各地的氣象觀測填在一張紙上，這就是人們常說的天氣圖。天氣圖的出現，比單憑眼觀風雲現象預測天氣要進步得多，它主要是靠人們對大氣現象的認識和長期積累的經驗來推未來的天氣，這種方法直到今天，仍不失為一種預報手段，但其準確率及便捷程度不夠高。
為了天氣預報準確，人們希望把天氣的變化規律摸索、總結出來，用一種客觀定量的辦法進行預報。人們設想用象計算天體的運動軌跡那樣，預先把未來的「天氣」較精確地計算出來，這就是數值天氣預報的基本思想，是20世紀初，挪威學者皮葉克尼斯提出來的。
我們所居住的地球，表面上空被一厚度十幾公裡到二十多公裡的大氣層所環繞。我們每天所看見到的所感受到的陰晴雨霜，冷暖風雪「天氣」就發生在這十幾到二十幾公裡厚的大氣層裡。大氣環繞著地球每天都在運動變化，它遵循牛頓運動定理、質量守衡定理、大氣狀態方程、熱力學定理、水汽守衡定理。數值天氣預報，就是將描述大氣的流體動力學、熱力學規律學成數學方程組、根據某一時刻觀測到的大氣狀態，用數學方法求解，得到未來某一個時間的大氣狀態，這就是天氣預報。
而要把這眾多的數學方程組合求解出來，是十分費事的事情。
英國數學家裡查遜寫了一本《用數學電計算的方法做天氣預報》一書，為了求得準確的數據，裡查遜還在1916年~1918年組織了大量人力進行了第一次數值預報嘗試。他的這一次預報計算是許多人用手搖計算機進行了12個 月才完成的。要得到未來24小時的預報，如果一個人日夜不停地進行計算，需要算64000天，也就是175年。也就是說要跟上變化多端的天氣，要有一個64000人一塊工作的計算工廠，才能把24小時的天氣預報計算出來，實際上就是計算要與天氣賽跑。這次實驗雖然失敗了，但他給了人們有意義的啟示。
在裡查遜這一實驗後的20年，世界上第一臺取名為「狂人」的電子計算機問世。計算機的問世。使數值天氣預報得到實施。1950年，美國科學家第一次成功地做出了500百帕的天氣形勢的36小時預報。
從那以後，一些國家相繼將先進的天氣預報——數值預報引入到實際業務中。