1920年前後,挪威的皮耶克尼斯父子提出了一套名為“極鋒學說”的理論,來說明中緯度地區的天氣變化情況。這套理論在1920年代發表之後,至今已有70多年,但仍然是今日作天氣預報的主要理論依據,亦為分析和預報未來1-2天的天氣奠定了理論基礎。1930年代,無線電探空儀的廣泛使用,真正開始了三維空間的大氣科學研究。根據大量探資料繪製的高空天氣圖,發現了大氣長波。1939年羅斯貝提出了長波動力學,他的理論亦對天氣預報有莫大的貢獻。到了1950年代至60年代,電腦、天氣雷達,衛星和遙感的技術的套用,使大氣的各種現象,大至大氣環流,小至雨滴的形成過程,都可依照物理學和化學的數學形式來表示,從而使大氣科學有了突飛猛進的發展。