天氣預報（測）或氣象預報（測）是使用現代科學技術對未來某一地點地球大氣層的狀態進行預測。從史前人類就已經開始對天氣進行預測來相應地安排其工作與生活（比如農業生產、軍事行動等等）。今天的天氣預報主要是使用收集大量的數據（氣溫、濕度、風向和風速、氣壓等等），然後使用目前對大氣過程的認識（氣象學）來確定未來空氣變化。由於大氣過程的混亂以及今天科學並沒有最終透徹地了解大氣過程，因此天氣預報總是有一定誤差的。
從17世紀開始科學家開始使用科學儀器（比如氣壓表）來測量天氣狀態，並使用這些數據來做天氣預報。但很長時間裡人們只能使用當地的氣象數據來做天氣預報，因為當時人們無法快速地將數據傳遞到遠處。1837年電報被發明後人們才能夠使用大面積的氣象數據來做天氣預報。20世紀氣象學發展迅速。人類對大氣過程的了解也越來越明確。1970年代數字化天氣預測隨電腦技術發展出現並且發展迅速，今天成為天氣預報最主要的方式。
在數據同化的過程中被採集的數據與用來做預報的數字模型結合在一起來產生氣象分析。其結果是目前大氣狀態的最好估計，它是一個三維的溫度、濕度、氣壓和風速、風向的表示。
數字天氣預報是使用電腦來模擬大氣。它使用數據同化的結果作為其出發點，按照今天物理學和流體力學的結果來計算大氣隨時間的變化。由於流體力學的方程組非常複雜，因此只有使用超級計算機才能夠進行數字天氣預報。這個模型計算的輸出是天氣預報的基礎。
公眾是天氣預報的一個主要用戶。不但天氣災害如冰雹、颶風等等對公眾生活有巨大的影響和威脅，即使日常生活、節假日安排、穿衣等等也要依靠天氣預報。電視、廣播、報紙、因特網中均有對公眾的天氣預報服務。