自动观测气象站作为气象监测的现代化设施，能够精准、持续地捕捉多种气象要素，为气象预报、防灾减灾和科学研究提供关键数据支撑。其观测要素涵盖了大气状态的多个维度，各要素的监测都具有价值。
气温是观测气象站最基础的要素之一。通过安装在距地面 1.5 米高的百叶箱内的铂电阻温度传感器进行测量，精度可达 ±0.1℃。传感器能实时感知空气温度变化，数据每 10 秒更新一次，不仅能记录瞬时气温，还能统计日温、低温及日平均气温。这些数据在农业生产中至关重要，比如当气温连续 3 天低于 10℃时，会触发水稻育秧的低温预警，提醒农户采取保温措施。
湿度观测主要依靠湿度传感器，通常与温度传感器同处百叶箱内，采用电容式测量原理，能精确到 ±2% RH。相对湿度的监测对森林防火意义重大，当相对湿度低于 30% 且风速较大时，森林火险等级会升至高位，相关部门可据此提前部署防火巡查。在工业生产中，湿度数据也不可缺，如电子厂房需将相对湿度控制在 40%-60%，以避免静电干扰和设备受潮。
降水观测由翻斗式雨量计完成，其核心是一个能自动翻转的计量斗，每接收 0.1 毫米降水就会翻转一次，通过记录翻转次数计算降水量，分辨率达 0.1mm。该设备可精准测量降雨、降雪等不同形式的降水，在汛期，每小时的降水量数据是水文部门预测洪水的重要依据。例如，当 1 小时降水量超过 50 毫米时，部分地区会启动暴雨蓝色预警，提醒公众防范城市内涝。
风要素的观测包括风向和风速。风向通过风向标配合格雷码盘传感器确定，能识别 8 个或 16 个方位；风速则由三杯式风速计测量，采用光电感应原理，量程可达 0-60m/s，精度 ±0.5m/s。在机场，风速超过 10m/s 且风向与跑道夹角过大时，会影响飞机起降；台风监测中，风速数据更是判断台风等级的关键指标，当风速达到 32.7m/s 时，即可判定为台风级别。
气压观测依靠气压传感器，通常安装在气象站的通风舱内，测量精度为 ±0.5hPa。气压的变化与天气系统密切相关，高压系统往往对应晴朗天气，低压系统则可能带来降水。在登山运动中，气压数据能辅助判断海拔高度，每上升 100 米，气压约下降 1hPa，为登山者提供安全参考。
此外，的自动观测气象站还会观测日照、蒸发、能见度等要素。日照时数通过日照计测量，影响农作物的光合作用计算；蒸发量由蒸发皿结合传感器得出，对水资源管理有重要意义；能见度观测则采用散射式传感器，为高速公路交通管制提供依据。这些要素共同构成了完整的气象观测网络，让人类能够更深入地了解和应对复杂的大气变化。
