חיזוי מזג האוויר הוא ענף מרכזי במטאורולוגיה שמטרתו לצפות את מצב האטמוספירה, והוא מתבסס על שתי שיטות עיקריות: חיזוי סובייקטיבי (המסתמך על ניסיון ואינטואיציה של החזאי) וחיזוי אובייקטיבי (נומרי) המבוסס על מודלים ממוחשבים.

המודלים הנומריים (כמו ECMWF, GFS ו-WRF) מחלקים את העולם לסריג תלת-ממדי ומריצים חישובים פיזיקליים צעד-אחר-צעד על מחשבי-על, אך בשל האופי הכאוטי של האטמוספירה (תופעת "אפקט הפרפר"), דיוקם יורד ככל שטווח התחזית מתרחב.

החל מראשית שנות ה-20 של המאה ה-21 חלה מהפכה עם כניסתם של מודלים מבוססי בינה מלאכותית, הלומדים תבניות מורכבות ממאגרי נתונים היסטוריים עצומים, ומספקים תחזיות במהירות גבוהה פי אלפים מהשיטות המסורתיות תוך חיסכון ניכר באנרגיה.

לתחזיות השפעה חיונית על הכלכלה והחברה, כשהן משמשות כלי הכרחי לחקלאות, תעופה, שיט ומשק האנרגיה, ובנוסף מסייעות בהצלת חיים באמצעות מערכות התראה מפני סופות ושיטפונות. ישראל חברה בארגון ECMWF (דרך השירות המטאורולוגי הישראלי), וכל הארגונים העולמיים חולקים נתונים ביניהם דרך הארגון המטאורולוגי העולמי.