Научные программы ВСП осуществляются совместно с Международным советом научных союзов (МСНС). Исследования в рамках ПИГАП ведутся в соответствии со специальным соглашением между ВМО и МСНС. По этому соглашению осуществляется Первый глобальный эксперимент (ПГЭП) и несколько региональных экспериментов. ПГЭП осуществлялся на протяжении двух периодов: с 5 января по 5 марта и с 1 мая по 30 июня 1969 года. В рамках глобальной системы наблюдений в четырех зональных центрах – в Японии, СССР, Великобритании и США – был организован сбор данных, включающих данные наблюдений метеорологических спутников. Кроме того, были организованы и успешно проведены дополнительные специальные наблюдения с 45 судов ветрового зондирования в тропиках, с самолетов – разведчиков погоды, сбрасывающих радиозонды в экваториальных зонах Атлантики, Тихого и Индийского океанов; в экваториальной области были выпущены уравновешенные шары-зонды, а на обширной акватории Мирового океана в разных широтах выпущено около 400 дрейфующих буев.

Исполнительный комитет ВМО (бывший до июня 1983 года руководящим органом Организации) в июне 1980 года определил содержание всего комплекса работ по изучению климата земного шара, которые должны выполняться ВМО в сотрудничестве с другими международными организациями в рамках Всемирной климатической программы (ВКП).

ВКП объединяет четыре взаимосвязанные программы: Всемирную программу исследования климата, Всемирную программу применения знаний о климате, Всемирную программу исследования влияния климата на деятельность человека и Всемирную программу климатических данных. Координация всех работ по этим программам возложена на специально созданное при Секретариате ВМО Бюро ВКП. Научные аспекты ВКП обсуждаются Объединенным научным комитетом ВМО/МСНС, который возглавляет проф. Дж. Смагоринский (США). В состав комитета входят советские ученые академик А. М. Обухов и профессор М. А. Петросянц. Определены основные направления намечаемых исследований. В частности, предполагается изучение механизма обратной связи между облачностью и радиацией, процессов взаимодействия океана и атмосферы, разработка модели климата и осуществление ряда экспериментов. Предусматривается привлечение к выполнению программы исследований Научного комитета по исследованию океана (СКОР), Комитета по космическим исследованиям (КОСПАР), Международной ассоциации метеорологии и физики атмосферы (МАМФА).

Большое внимание уделяется в ВКП совершенствованию методики исследований, расширению работ по прикладной климатологии и удовлетворению потребностей народного хозяйства в климатических данных, подготовке архивных материалов по климату земного шара.

Широкая программа исследований, ведущихся на протяжении уже более 10 лет, предусматривает выполнение целой серии региональных экспериментов, в том числе: Зимний муссонный эксперимент – зимний МЭКС – на юго-востоке Азии (1978/79 год), Летний муссонный эксперимент – летний МЭКС – в Аравийском море и Бенгальском заливе (1979), Западноафриканский муссонный эксперимент – ЗАМЭКС – в странах Западной Африки (1979); Атлантический тропический эксперимент ПИГАП XE "ПИГАП" – АТЭП (1978); Эксперимент по изучению трансформации воздушных масс – ВОМТЭКС (1974/75), давший полезную информацию об обмене энергией между океаном и атмосферой; Комплексный энергетический эксперимент – КЭНЭКС – советских экспедиций в пустынях, степях, на море и в городах (1970 – 1973), давший богатый материал для физики климата; Полярный эксперимент – ПОЛЭКС – в Арктике и Антарктике, проводившийся на протяжении целого ряда лет в интересах создания модели общей циркуляции атмосферы и усовершенствования методов прогноза погоды, а также исследования влияния ледниковых масс на изменения климата.

Региональные ассоциации ВМО осуществляют ряд локальных программ исследований в масштабах отдельных регионов. Например, существует проект исследования тропических циклонов в Регионе IV (Северная и Центральная Америка) и в Регионе II (Азия). Программы исследований предусматривают изучение ураганов и тайфунов. В частности, в западной части Тихого океана с начала 80-х годов осуществляется оперативный региональный эксперимент по тайфунам – ТОНЭКС.

Решения Конгрессов и Исполнительного Совета ВМО направляют деятельность Всемирной службы погоды на содействие решению тех проблем ООН, которые связаны с состоянием окружающей среды, использованием климатических ресурсов. Так, например, к проходившей в 1981 году Конференции ООН по новым и возобновляемым источникам энергии ВМО готовила мировые карты распределения солнечной радиации и скорости ветра. Темой Всемирного метеорологического дня в 1981 году была избрана «Всемирная служба погоды как средство развития». Экономический и социальный совет ООН (ЭКОСОС) одобрил инициативу ВМО по разработке Международной программы по климату; в 1979 году Генеральный секретарь ВМО докладывал ее на второй сессии ЭКОСОС.

Экономический и социальный совет ООН заинтересован в разработке Всемирной службой погоды многих вопросов, таких, как использование климатических ресурсов, влияние климата и его изменений на производство продуктов питания, здоровье людей, запасы пресной воды и ее состояние, энергетику, а также изучение естественных и связанных с деятельностью человека изменений окружающей среды.

Конгресс ВМО в 1960 году установил профессиональный праздник метеорологов – Всемирный метеорологический день, отмечаемый ежегодно начиная с 1961 года в день весеннего равноденствия 22 марта. Свой праздник метеорологи каждый год посвящают какой-либо теме, определяемой решением Исполнительного Совета ВМО в качестве особенно актуальной проблемы сегодняшнего дня.

Хотя темы праздников общие для метеорологов всех стран, празднование в каждой стране происходит по собственной программе. Обычно оно носит торжественно деловой характер: ко Всемирному метеорологическому дню часто приурочивают открытие новых метеорологических станций или введение в эксплуатацию нового оборудования, проведение научных семинаров или симпозиумов, чтение лекций и научных докладов, вручение почетных дипломов и грамот и т. п. Кроме того, этот день освещается и средствами массовой информации: известные ученые дают интервью в печати, по радио и телевидению, в печати публикуются обзоры научных достижений в области метеорологии.

Развитие ракетной техники, научные основы которой были заложены исследованиями К. Э. Циолковского, позволило метеорологам уже в середине XX века резко повысить потолок инструментальных измерений в атмосфере, проникнуть с приборами, устанавливаемыми на ракетах, сначала в среднюю и верхнюю стратосферу, а затем и еще выше – в мезосферу и термосферу. Специально сконструированные метеорологические ракеты в состоянии зондировать атмосферу на высотах до 500 км, а выводимые на орбиты вокруг Земли с помощью ракет метеорологические спутники превратились в принципиально новое средство исследования атмосферы, увеличившее во много крат информацию о погоде на нашей планете, доступную повседневному анализу. Поток метеорологической информации, поступающей от метеорологических искусственных спутников Земли (МИСЗ), стал настолько большим, что потребовал внедрения машинных способов ее анализа и использования для этой цели быстродействующей вычислительной техники. Вместе с обычными средствами наблюдения за погодой с поверхности земли с помощью радиозондов, ракет и метеорологических радиолокаторов МИСЗ позволили следить за всеми изменениями погоды еще и сверху, с высоты сотен и тысяч километров.