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17世纪帆船航海以风为动力,随着航海事业的发展和气象观测仪器的应用，导致了对信风和全球大气环流的研究。

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1686年英国天文学家哈雷首先发现信风，并在《哲学会刊》中发表他的信风理论，他认为信风同太阳供给赤道较多的热有关。1688年，他又首先根据海上风的资料绘制了北纬30°～南纬30°的信风和季风分布图，认为信风和季风的形成同地表太阳热的分布有关。

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1735年，另一位英国天文学家哈得来发表的《关于信风之起因》一文中，第一次对大气环流考虑地球自转的因素，他正确地解释了北半球的东北信风和西半球的东南信风，修正了哈雷的理论，并首次创立了经圈环流的理论。他的这种环流理论虽较粗略，但却成为以后大气环流研究的基础之一，至今人们还把地球上赤道附近的经圈环流称为哈得来环流。

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1835年，法国科里奥利提了出地转偏向力(称科里奥利力)。

1856年美国费雷尔将科里奥利力引入大气运动的研究中，并提出中纬度的逆环流。

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1897年挪威皮耶克尼斯将流体力学和热力学应用于大气和海洋的大尺度运动的研究中，提出了著名的环流理论。从此动力气象学便逐步由流体力学中分离出来，形成一个独立的学科。

20世纪20～30年代，以皮耶克尼斯为首的挪威学派，无论在天气学理论方面，还是在天气分析和天气预报的方法上，都作出了卓越的贡献。20世纪20年代前后，他们在挪威沿海等地组建了稠密的地面气象观测网，并仔细分析了由稠密站网所提供的资料绘制而成的天气图，在1917～1918年间发现了暖锋，并得出了概括冷锋、暖锋、锢囚锋、静止锋和低压及其云雨分布的完整的气旋模式。他们还提出了反映气旋生命史的极锋学说，并把上述模式、理论和学说用于日常的天气分析和天气预报。

现代天气学理论，天气分析和天气预报方法，基本上是由皮耶克尼斯、索尔贝格和伯杰龙等人在20世纪20～30年代期间建立起来的。当时，他们还利用地面观测资料发展了根据云的状态和移动判断高空气流和温度、湿度情况的“间接高空气象学”。

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1939年罗斯贝提出了长波动力学。芝加哥学派的领导人罗斯贝，在高空天气图上发现了长波，并由此引出了位势涡度理论，创立了长波理论。40年代，他领导下的芝加哥学派，包括帕尔门等人，确认了高空西风急流和长波的结构和变化，以及它们与地面气旋波的关系。

芝加哥学派的工作，一方面增强了天气学与热力学和动力学的联系，充实了天气分析和预报的物理基础；另一方面也为研究大型的大气运动提供了理论依据，为数值天气预报的开展创造了条件。

1951年，帕尔门指出了长波的结构和变化及其与极锋和气旋波的关系。

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20世纪50年代  中国开始建立大规模的气象观测网。中国叶笃正、顾震潮等从热力和动力的角度研究青藏高原对大气环流的作用。

叶笃正（中国气象学的泰斗，罗斯贝的学生，2005年度国家最高科学技术奖的获得者）等学者分析了大量东亚大气环流演变的事实，提出了东亚大气环流季节转换是突变的，这个看法比1980年代国际上许多学者提出大气环流的非线性突变要早20年之多。

大气环流中究竟是气压场还是风场为主导是学术界长期争论的问题，也是天气预报的关键之一。叶笃正等通过一系列工作建立了大气运动适应尺度理论：对不同空间尺度的运动都存在着特征尺度，当实际运动的空间尺度大于这个特征尺度时，气压场起主导作用；当运动的空间尺度小于特征尺度时，风场起主导作用；对中小尺度的大气运动，同样存在适应问题。这个独创的理论完善了大气运动各分量的相互作用过程的物理解释，在天气预报业务上有重要的应用。