天气系统是具有一定的温度、气压或风等典型特征的大气运动系统。如有的以空间气压分布为特征组成高压、低压、高压脊、低压槽等；有的则以风的分布特征来分，如气旋、反气旋、切变线等；有的又以温度分布特征来确定，如锋；还有的以某些天气特征来分，如雷暴、热带云团等。各种天气系统相互交织、相互作用，在大气运动过程中不断演变。

各种天气系统有一定的空间范围，一定的新生、变化和消亡的过程。各种天气系统发展的不同阶段有其相应的天气现象分布。通过对各种天气系统的预报，可以大致预报未来一段时间内的天气变化。对于整个大气或整个背景场而言，天气系统可以看作是背景场上的一种扰动。许多天气系统的组合，构成大范围的天气形势，构成半球甚至全球的大气环流。各类天气系统有一定的特征尺度。空间尺度主要以天气系统的水平尺度的大小来衡量，水平尺度指天气系统的波长或扰动直径；时间尺度以天气系统的生命期的时间长短来衡量，生命期指天气系统由新生到消亡的生消过程。一般天气系统的水平尺度越大，其时间尺度也越长。

在20世纪40年代以前，地面观测站平均距离为200～300千米，以此站距观测所得的资料分析出来的高、低压系统，称为天气系统，后被称为天气尺度天气系统。40年代，发展了高空气象观测（平均站距约为500千米），把从高空天气图上发现的、波长与地球半径相当的波动，称为行星尺度天气系统。50年代前后，在研究对流性灾害天气时，发现了许多水平范围为一二百千米、几十千米甚至几千米的高、低压系统，统称为中小尺度天气系统。分析这类系统，必须建立稠密的观测网，比如在美国有所谓的α、β和γ观测网，站距分别约为50千米、8千米和2.5千米。到了70年代，用300～400千米格距进行数值天气预报时，往往因这种格距太大而分析不出一些具有对流性天气的系统，影响了预报效果。当格距缩小到100～200千米时，即可分析出来，后来就称这类尺度的系统为中间尺度天气系统。

大气中各类天气系统的特征尺度相差很大，有大至上万千米的，如超长波、副热带高压，也有小至几百米的，如龙卷。按特征尺度大致可分为5类，即：行星尺度天气系统、天气尺度天气系统、中间尺度天气系统、中尺度天气系统和小尺度天气系统（见表）。天气系统的分类在国际上也不完全统一。例如在美国分类术语中，将水平尺度由2000千米到2千米的系统，统称为中尺度天气系统，其中又分3类：200～2000千米的称中尺度α天气系统，包括台风、锋面等；20～200千米的称中尺度β天气系统，包括龙卷、飑线等；2～20千米的称中尺度γ天气系统，包括雷暴单体等。而在日本则将200～2000千米范围内的系统，称为中间尺度天气系统，将1～200千米范围的系统，称为中尺度天气系统。此外，也有将行星尺度天气系统和天气尺度天气系统统称为大尺度天气系统，把凡比天气尺度小的天气系统（包括中间尺度、中尺度和小尺度天气系统）统称为次天气尺度天气系统。也有人只把比天气尺度系统小一些的系统（即专指中间尺度天气系统）称为次天气尺度天气系统。

在高空天气图上，也有按整个纬圈的波数来划分天气系统的，通常把波数为1～3的波动称为超长波，波数为4～8的波动称为长波，它们都属于行星尺度天气系统，波数大于8的波动称为短波，相当于天气尺度天气系统或更小尺度的天气系统。

不同尺度天气系统的影响范围、持续时间及发展强度都有显著区别，各类天气系统的空间尺度（水平的和垂直的）和时间尺度，以及特征的水平风速，都是根据实际观测确定的。但有些量还无法直接观测，只能按大气动力方程进行计算。在进行数值计算时，要选择适当的空间格距，其大小由系统的特征尺度决定，这就是所谓的尺度效应。比如天气系统的特征垂直运动速度，可以根据连续方程由水平尺度和特征水平风速推算出来。各类天气系统的垂直运动速度有一定的特征数值，如行星尺度天气系统为10^-1厘米/秒，天气尺度天气系统为10⁰厘米/秒，小尺度天气系统的垂直速度约为天气尺度天气系统100倍，即10²厘米/秒。可见，天气系统的水平尺度越小，其垂直运动的量级就越大。

自20世纪40年代末期出现尺度分析方法以后，人们常常将完全的运动方程，按照各类天气系统的特征尺度进行简化，研究各类系统大气运动的规律以及系统的移动。如研究天气尺度天气系统可以应用准地转平衡近似和静力学关系，而中小尺度天气系统则不满足地转平衡和静力平衡（见大气运动平衡状态、大气动力学）。

天气系统总是处在不断地新生、发展和消亡之中。各种天气系统有不同的生消条件和能量来源。即使特征尺度同属一类的系统，其生消条件和能量来源也有所不同。比如温带气旋的发展条件，主要由其上空涡度平流所引起的空气辐散的强弱决定，其能量来源于大气的斜压性所储存的有效势能（见斜压大气）。台风的发生和维持是由于热带扰动的潜热释放，而潜热的释放同热带大气的位势不稳定和对流不稳定（见大气静力稳定度）有关，其能量主要来源于海洋供给的水汽，在凝结过程中释放的潜热。强对流性的中小尺度天气系统，主要是由于位势不稳定空气受到急剧抬升而发展起来的，其能量也是来源于潜热释放。再者，天气系统往往不是闭合的，一个系统的空气经常不停地与周围系统的空气发生交换，随着这种交换，系统与系统之间的动量、能量等进行交换，从而引起系统的生消以及系统之间的相互作用。一般来说，大的天气系统制约并孕育着小的天气系统的发生和发展，小的天气系统产生后又能对大的天气系统的维持和加强起反馈作用。

天气系统与大气环流之间，不仅在流型上有关联，而且存在着内在的联系。如大尺度天气系统的活动，通过热量、动量的南北输送以及能量的转换，对于大气环流的维持起着重要作用。而大气环流的热力状况和基本风系的特点，如西风气流的水平变化和垂直变化等，又反过来制约着大尺度天气系统，直接影响着大尺度天气系统的发展。天气系统组合的演变，如纬向环流的恢复，波动群速的传播，以及行星尺度天气系统的发展等，可以导致相当广泛地区甚至全球范围大气环流的变化。大气环流的变化又是造成大范围长时期天气变化的条件和机制。在天气预报中通过对各种天气系统的预报，可以大致预报未来一段时间内的天气变化。天气系统的预报方法大致分为两类：①以天气学原理为基础的主观预报方法。②以数值预报为核心的客观预报方法。现代天气预报业务中采取主客观相结合的预报技术，即预报员在天气分析和模式订正的基础上综合得出预报结论。