五代及辽、宋、夏、金的一些史书，尤其是《宋史》，记载了很多宝贵的气象资料，其中包含有关于大水、大旱、大风及雨雪、冰雹、雷暴、地震等灾害和特殊天气现象的丰富内容。宋代开始普遍编修的地方志及大量宋人笔记，也有很多这方面的记载，如沈括《梦溪笔谈》中对山东武城县一次龙卷风的形状及危害情况作了非常清楚的记述。这些资料对于研究我国气候变迁及气象变化规律具有重要的价值。南宋吕祖谦于淳熙七年（1180）正月初一到八年七月二十八日在金华进行了近两年连续不断的物候观测。他在《庚子辛丑日记》中记录了二十多种植物的开花结果时间及一些虫鸟的初鸣和初到时间，这是一份经实际观测获得的非常珍贵的物候资料。
　　降雨情况直接关系农业生产，因而历代都受到人们重视。西汉时根据土、炭吸湿增重的不同而发明了原始的天平式湿度计。宋代僧人赞宁，在10世纪则利用这种仪器来预报晴雨。宋神宗熙宁年间京师久旱，沈括准确地做了一次降雨预报，《梦溪笔谈》卷7对此有很生动的记述。他对当时空气中水气条件的分析与判断是符合近代气象科学原理的。
　　为了测量降水量的多少，必须要有一种用具，现在普遍使用的是雨量筒。南宋数学家秦九韶在其《数书九章》中列有“天池测雨”、“圆罂测雨”、“峻岭验雪”、“竹器验雪”等算题，可根据盛水或积雪容器的形状及积水、积雪的多少，计算出单位面积平地上的降水量。天池是古代防火贮水的容器，用来测降雨量，当可看作原始的雨量器。这种方法也是世界上较早的测定降水量的科学方法。
　　此外，这一时期对一些气象现象也有了更正确的认识，如《梦溪笔谈》中记载孙彦先对虹的解释是“虹乃雨中日影也，日照雨则有之。”《梦溪笔谈》卷25提到：“江湖间唯畏大风。冬月风作有渐，船行可以为备。唯盛夏风起于顾盼间，往往罹难。曾闻江国贾人有一术，可免此患。大凡夏月风景，须作于午后。欲行船者，五鼓初起，视星月明洁，四际至地皆无云气，便可行，至于巳时即止。如此，无复与暴风遇矣。国子博士李元规云：平生游江湖，未尝遇风，用此术。”这里提到的关于风力日变化规律的气象知识，是符合实际情况的，对行船安全也是非常重要的。苏轼《船■风》诗有句：“三旬已过黄梅雨，万里初来船■风”，并有序文说：“吴中梅雨既过，飒然清风弥旬，岁岁如此，吴人谓之‘船■风’。是时，海舶初回，云此风与舶具至云尔。”对于梅雨之后的信风作了清晰的描述。