主要有传感器、采集器、外围设备和软件。
自动气象站各传感器的感应元件根据气象要素值的变化，输出的电量产生变化，这种变化量被CPU实时控制的数据采集器所采集，经过线性化和定量化处理，实现工程量到要素量的转换，再对数据进行筛选，得出各个气象要素值，并按一定的格式存储在采集器中。
在配有计算机的自动气象站，实时将气象要素值显示在计算机屏幕上，并按照规定的格式存储在计算机的硬盘上。在定时观测时刻，还将气象要素值存入规定格式的定时数据文件中，根据业务需要各种气象报告的编发，形成各种气象记录报表和气象数据文件。
对于无人值守自动气象站，通过远程通讯手段（如：GPRS/CDMA1X，卫星等）对自动站进行组网，定时手机观测资料。并利用自动气象站运行状态数据的分析，实现自动站的远程监控。