香港天文台隶属于香港政府，负责天气预测、发出热带气旋警告及提供其他气象学与地球物理学服务。天文台自1883年设立以来，迄今已逾百年。早期的工作包括从事气象和地磁观测、根据天文观测报导时间和发出热带气旋警告等。当时天文台在九龙尖沙咀警署呜炮向市民发出热带气旋警告。这些有价值的工作受到广泛好评，且于1912年获得英皇佐治五世颁赐“皇家天文台”的新称号。热带气旋警告业务是天文台的一项重要工作。为提供警告业务，天文台利用从各方面和广泛区域搜集得来的资料，其中包括船只、浮标气象站、飞机、陆上气象站，以及气象卫星等。该台还设有记录长周期震动的地震仪。同时，在不同地质地点，装置了两个强震加速仪。该台也参与太平洋区的海啸警告系统，并代表香港参加东南亚区域地震台网，还与国际组织合作在香港进行重力测量。

在水文气象学方面，天文台设有约90个雨量测量站，负责报告每日或每月的雨量记录，并以磁带记录了超过30年的雨量资料。该台与土力工程处合作，使用40多个自动雨量器，记录特定地点的15分钟雨量，并即时用电脑把资料收集和贮存起来。还在香港较偏僻的地区增设了20个自动雨量器，将测量网范围扩展至全港各区。在海洋学方面，天文台利用电脑模拟风暴由大海推动水流至近岸水域的情况，研究风暴潮造成的影响。一个由8个测潮器组成的监测网不断监测香港潮水涨退情况，所得记录经分析后用以断定分潮数值。出版香港潮汐表供市民购用。横澜岛海面的一部超声波海浪计自1981年起录取海浪资料。天文台也发展各种数值模式，用于预测南海及香港海域出现的海浪及涌浪。该台印行每日、每月和每年的气象观测摘要，供海外气象和研究机构，以及香港工程与建筑行业作研究和设计工作的参考。自60年代起，天文台开始监测大气层、雨水及食用水的放射性含量。

香港天文台在1987年，监测工作扩展为一项环境辐射监测计划，该计划的目的在于提供大亚湾核电站投产前和投产后的放射性水平资料。一个位于天文台总部的辐射监测与评估中心在1990年设立，一个向中心报告环境剂量率及气象参数的早期警报网在1992年之前全面运作。该台使用铯原子钟确定香港的时间标准，并根据联邦科学理事会辖下亚太区度量衡计划规定，经常进行调校以维持时钟的准确性。为了监察香港附近的地震活动，天文台分别在尖鼻咀、元五坟及长洲设有3部记录短周期震动的地震计。该台通过多种途径进行天气观测。专业人员在天文台总部、启德机场、京士柏及长洲进行各种气象要素的地面观测工作。天文台分别在赤鮎角、沙田、流浮山、打鼓岭、大埔、将军澳、西贡、青衣、屯门、黄竹坑及横澜岛设立了自动气象观测站。并与广东省气象局合作，在大屿山以南40公里的一个名为黄茅洲的小岛上，设立了一个以太阳能为动力的自动气象观测站。热带气旋中心进入香港约500公里范围后，天文台设在大老山顶的雷达，便可探测出其位置并不断追踪其动向。

香港天文台提供各方面的气象服务。其天气预测总部负责发出香港天气预测，提供给报界、电台、电视台及有关政府部门。