気象庁において「観測」とは「自然科学的方法による現象の観察及び測定」（気象業務法第二条）と定義されています。これに基づき、沖縄気象台では様々な機器を用いた観測を行っています。
　各地にある観測機器や職員の目による地上気象観測、レーダーを用いて広範囲の気象状況を把握するレーダー観測、また季節の総合的な推移を知るための生物季節観測が挙げられます。
　これらの観測により得られたデータは、気象庁の発表する天気予報、注意報・警報といった防災情報へ利用されるとともに、交通機関の安全な運航支援や社会活動の様々な場面で活用されています。

• 地上気象観測

雨量計・温度計・風向風速計など、各地に配置された測器によって自動観測をおこなっています。 また、一部の気象台では、天気や雲などの観測を職員がおこなっています。

• レーダー観測

気象レーダーから電波を発射して、雨や氷などの降水粒子から反射して戻ってくる電波を解析することで、降水の分布と強度を観測します。 また、戻ってきた電波の周波数のずれ（ドップラー効果）を利用して風を観測することができます。

• 生物季節観測

サクラの開花や満開、ウメやススキの開花を記録することで、生物に及ぼす気象の影響を知るとともに、季節の遅れや進みなどの総合的な気象状況の推移を観測します。