Zu erst soll geklärt werden, was Temperatur überhaupt ist. Dazu betrachten wir ein Teilchen, was zum Beispiel ein Luftmolekül ist. Dieses Teilchen hat eine Masse m und bewegt sich mit der Geschwindigkeit v (wenn es sich nicht bewegen würde, wäre es nicht interessant). Wenn sich was bewegt, wissen wir, dass es eine kinetische Energie besitzt, welche wie folgt definiert ist (was uns aus der Schule schon bekannt ist):

E_kin = ¹ / ₂mv²

Ok, gut, aber in der Realität haben wir nicht nur ein Teilchen, sondern gleich mehrere. Dann nehmen wir doch mal an, wir haben jetzt x-beliebige Teilchen. Die Geschwindigkeit muss dabei nicht identisch, sondern kann völlig verschieden sein. Die Teilchen bilden dabei ein Gas und nehmen ein gewisses Volumen V ein und üben einen Druck p aus. Das Volumen und den Druck können wir jetzt mit der kinetischen Energie in Relation setzen. Wir erhalten dabei:

pV = ² / ₃NĒ_kin

Wobei N die Teilchenzahl und Ē_kin die mittlere kinetische Energie ist, also die kinetische Energie gemittelt über alle Teilchen. Aber Moment, die obige Gleichung kommt uns in gewissen Teilen irgendwie bekannt vor. Ja genau, es handelt sich um die ideale Gasgleichung, nur in anderer Schreibweise. Mit pV = nRT können wir die Gleichung umschreiben zu:

nRT = ² / ₃NĒ_kin

nR können wir auch umschreiben zu Nk_B, wobei k_B die Boltzmann-Konstante ist. Da auf beiden Seiten die Teilchenzahl N steht, können wir diese kürzen. Aufgelöst nach T ergibt:

T = ² / _3kBĒ_kin

T ist dabei unsere Temperatur. Die Temperatur beschreibt also, welche mittlere kinetische Energie unsere Teilchen besitzen. Mit der Geschwindigkeit ausgedrückt beschreibt sie also die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen. Die Temperatur ist also ein Maß, wie sich unsere Teilchen im Mittel bewegen.
Aus der Gleichung lässt sich entnehmen, dass das Minimum bei 0 liegt, unsere Teilchen sich somit nicht bewegen. Dies wäre dann der absolute Nullpunkt. Wir wissen aber, dass wir durchaus negative Temperaturen messen können. Das hängt aber von ab, welche Einheit wir gerade für die Temperatur benutzen. Aus der obigen Gleichung ergibt sich die Einheit Kelvin (kurz K und NICHT °K (BÖSE!)), die Energie hat als Einheit Joule (J) und die Boltzmann-Konstante Joule pro Kelvin (J/K). Negative Temperaturen in Kelvin gibt es nicht, das Minimum liegt bei 0 K.
Jetzt hatte ein gewisser Herr Anders Celcius eine neue Einheit eingeführt, welche besonders für das Wasser bestimmt wurde. 0°C ist dabei der Schmelzpunkt und 100°C der Siedepunkt des Wassers. Diese Einheit ist sehr nützlich in der Meteorologie, da das Wasser hier eine sehr wichtige Rolle spielt. °C und K unterscheiden sich bis auf einen Offset nicht. Ein Unterschied von 1 K entspricht also auch einen Unterschied von 1°C. Dabei gilt:

0°C ≙ 273,15 K

Wie sich aus dem vorherigen Kapitel ergibt, beschreibt die Temperatur wie sich unsere Teilchen im Mittel bewegen. Das ist aber gar nicht so einfach und wenn, messen wir nur die Geschwindigkeit unserer Teilchen. Die Temperatur kann also nicht direkt gemessen werden. Indirekt aber schon und da gibt es wesentlich einfachere Methoden als die Geschwindigkeit unserer Teilchen zu messen.
Ein Beispiel ist die Längenausdehnung von verschiedenen Stoffen bei einer Temperaturänderung. Die alten Thermometer waren zum Beispiel mit Qecksilber gefüllt, was sich bei einer Temperaturänderung entweder ausdehnte (bei Eröhung der Temperatur) oder zusammen zog (bei Temperaturabnahme).
Eine weitere Möglichkeit ist das Ausnutzen der Widerstandsänderung von Stoffen (hierbei ist der elektrische Widerstand gemeint) bei einer Temperaturänderung. Die heutigen Thermometer basieren auf die Widerstandsänderung.

Luft übt einen Druck aus. Wenn Wasserdampf dazu enthalten ist, trägt dieser ebenfalls zum Gesamtdruck bei. Man spricht dabei vom Wasserdampfpartialdruck oder auch einfach nur Dampfdruck. Partial deswegen, weil es nur ein Teildruck des Gesamtdrucks ist. Den Dampfdruck selbst können wir auch mit der idealen Gasgleichung darstellen, da Wasserdampf auch ein Gas ist und wir jetzt ein ideales Gas annehmen. Die Gasgleichung formulieren wir dann gleich mit der Dampfdichte ρ und der spezifischen Gaskonstante R_s für Wasserdampf, welche 461,5 J/(kg·K) beträgt:

e = ρR_sT

e ist dabei der Dampfdruck. Die Berechnung des Dampfdruckes ist gar nicht so einfach, da wir dafür die Dichte kennen müssen, also wie viel Wasser in der Luft enthalten ist. Den Dampfdruck können wir aber auch einfacher berechnen. Das können wir mit Hilfe der Magnus-Formel machen, wobei hier zu beachten ist, dass wir den Sättigungsdampfdruck berechnen. Die Magnus-Formel lautet:

e_s = 6,112 hPa·exp( ^17,62·T / _243,12°C+T)

über Wasser bei Temperaturen zwischen -45°C und 60°C und

e_s = 6,112 hPa·exp( ^22,46·T / _272,62°C+T)

über Eis bei Temperaturen zwischen -65°C und 0°C. Dabei ist die Temperatur unbedingt in °C anzugeben! Bei Temperaturen in Kelvin muss erst in °C umgerechnet werden.
Der Sättigungsdampfdruck e_s ist dabei der Dampfdruck, wenn, wie der Name schon sagt, Sättigung mit Wasserdampf vorherrscht, also die maximale Menge an Wasserdampf in der Luft liegt. Um den Dampfdruck herauszubekommen, braucht man nur die relative Luftfeuchte, welche weiter unten beschrieben ist.

Die absolute Luftfeuchte wurde bereits oben beschrieben. Es handelt sich dabei um nichts anderes als die Dichte ρ. Die absolute Luftfeuchte können wir also berechnen, wenn wir (Sättiguns)Dampfdruck und die Temperatur kennen. Sie wird meist in Gramm pro Kubikmeter (g/m³) angegeben und beschreibt somit welche Masse an Wasserdampf im Volumen der Luft enthalten ist.

Die relative Luftfeuchte φ (kurz RH für relative humdity) gibt das Verhältnis zwischen Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck (oder das Verhältnis der absoluten und maximalen absoluten Luftfeuchte) an:

φ = ^e / _es·100% = ^ρ / _ρmax·100%

Sie wird in % angegeben und beschreibt damit zu welchem Anteil die Luft schon Wasserdampf enthält. Bei 100% wäre also Sättigung erreicht und die Luft enthält die maximal mögliche Menge an Wasserdampf. Bei 0%, was in der Realität in der Atmosphäre nie vorkommt, wäre die Luft komplett trocken. Die relative Luftfeuchte wird bei allen Messstationen in der Meteorologie gemessen, so auch hier an der Wetterstation.

Die spezifische Luftfeuchte q, auch Mischungsverhältnis genannt, gibt an, welche Masse an Wasser pro Masse Luft enthalten ist. Sie wäre vom Prinzip einheitenlos, da wir hier aber zwei unterschiedliche Stoffe haben, wird die Einheit nicht gekürzt. Vom Prinzip würde kg/kg stehen, man gibt aber meist g/kg an, also Gramm Wasser pro Kilogramm Luft. Die spezfische Luftfeuchte lässt sich in etwa berechnen mit:

q = 0,622·^e / _p

p ist dabei der Luftdruck.
Die maximale spezifische Luftfeuchte oder das Sättigungsmischungsverhältnis berechnet man dann mit dem Sättigungsdampfdruck e_s. Eine 25°C warme Luft könnte zum Beispiel in etwa 20 Gramm Wasserdampf pro Kilogramm bei Standarddruck (1013,25 hPa) aufnehmen, um mal eine Größenordnung sich vorzustellen.

Eine weitere wichtige Größe ist der Taupunkt oder Taupunkttemperatur. Das ist die Temperatur an welcher 100% relative Luftfeuchte und somit die Luft mit der maximalen Menge an Wasserdampf gesättigt wäre. Wird diese Temperatur unterschritten, kondensiert Wasser aus. Auf den Wiesen wird dies oft als Tau sichtbar, deshalb Taupunkt. Der Taupunkt lässt sich mit Hilfe der Magnus-Formel berechnen. Dazu rechnet man erst den Sättigungsdampfdruck aus (sofern nicht schon 100% relative Luftfeuchte herrscht) und rechnet dann mit der relativen Luftfeuchte den Dampfdruck aus. Den Dampfdruck benutzt man dann als Sättigungsdampfdruck und die Magnus-Formel stellt man dann nach der Temperatur um. Die berechnete Temperatur ist dann der Taupunkt. Der Taupunkt ist auch maßgeblich daran beteiligt, ob wir eine Luft als angenehm empfinden. Ist der Taupunkt kleiner als 16°C, so wird die Luft als angenehm empfunden. Beträgt der Taupunkt 16°C, so empfinden wir die Luft als feucht. Bei 17°C ist die Luft dann schwül und bei Taupunkten größergleich 18°C ist die Luft drückend. Die Luft empfinden wir dabei deutlich wärmer, als sie eigentlich ist. Das sind jetzt aber nur grobe Richtwerte, da jeder Mensch die Luft anders empfindet.
Neben dem Taupunkt gibt es noch die Feuchttemperatur. Wir haben jetzt ein Thermometer, welches in einen nassen Strumpf eingewickelt ist. Ist die Luft jetzt nicht gesättigt verdampft das Wasser im Strumpf an die Luft. Da das Verdampfen aber Energie kostet, wird Wärme dem Strumpf entzogen. Das Thermometer misst dann den Temperaturabfall. Der Temperaturwert auf dem die Temperatur durch das Verdampfen dann abkühlt ist die Feuchttemperatur. Die Feuchttemperatur liegt dabei immer zwischen Taupunkt und der realen Temperatur. Ist die Luft gesättigt, so sind Temperatur, Feuchttemperatur und Taupunkt gleich groß.
Die Feuchttemperatur spielt neben dem Taupunkt eine große Rolle, wenn man wissen möchte, ob es regnet oder doch schon schneit. Außerdem beschreibt es, warum Schnee bei positiven Temperaturen nicht immer schmilzt. Sind Taupunkt und Feuchttemperatur negativ, so geht Schnee nicht in die flüssige, sondern gleich in die gasförmige Phase über. Das kostet aber sehr viel Energie, sodass der Umgebungsluft Wärme entzogen wird und sich eine Kaltluftschicht um den Schnee bildet. Eine Schneedecke schrumpft dabei durch das Sublimieren nur sehr langsam und schmilzt daher nicht. Außerdem fällt dann Schnee und kein Regen, obwohl die Temperatur im (deutlich) positiven Bereich liegt. Darum kann bei solchen Bedingungen sogar Schnee bis 12(!)°C noch fallen (darüber ist die Luft dann zu trocken). Ist der Taupunkt negativ, die Feuchttemperatur aber positiv, so geht der Schnee sowohl in die flüssige als auch gasförmige Phase über. Ist der Taupunkt dann auch positiv, erfolgt nur noch ein Übergang in die flüssige Phase, sofern die Luft nicht so trocken ist und der Niederschlag dann wieder verdunstet.

Eine Luftmasse ist eine größere Menge an Luft, welche an einem Ort über einen längeren Zeitraum durch den Austausch durch den Untergrund die Eigenschaften wie Temperatur und Feuchte annimmt. Weitere Eigenschaften sind die Menge an Aerosolen, über der Sahara ist das zum Beispiel Wüstenstaub oder über dem Ozean Meersalz. Wichtig ist also, dass Luft über einen längeren Zeitraum über einen Ort verweilt, damit sie zur Luftmasse wird. Dies ist unter Hochdruckgebieten der Fall, wo kaum Wind vorherrschend ist. Bei Tiefdruckgebieten wird die Luft vermischt und verwirbelt, sodass sich hier keine Luftmasse ausbilden kann. Grundsätzlich unterscheidet man drei Luftmassentypen: Polarluft, gemäßigte Luft und Tropikluft. Erstere ist meist kalt, hat eher geringe Luftfeuchte (also eher trocken). Die Tropopause liegt meist in etwa 7 Kilometern am tiefsten. Im Winter ist aufgrund der starken Ausstrahlung eine Inversion (Temperaturumkehr) vorhanden. Die gemäßigte Luftmasse, welche in Deutschland am meisten aktiv ist, hat, wie der Name schon sagt, gemäßigte Temperaturen. Die Feuchte variiert dabei je nach Lage. Die Tropopause liegt höher bie etwa 9 bis 11 Kilometern. Die Tropikluft ist die wärmste der drei Luftmassen. Außerdem ist sie die feuchteste Luftmasse. Die Tropopause liegt sehr hoch bei bis zu 16 Kilometern. Sie ist oft labil geschichtet (wird in Synoptik Teil 2 beschrieben). Daneben gibt es auch noch weitere Benennungen, zum Beispiel eine Subpolarluft, eine Polarluft, die sich nach Süden hin erwärmt hat. Außerdem wird zwischen maritim (also über dem Meer) und kontinental unterschieden. Wird eine Luftmasse bewegt, ändern sich ihre Eigenschaften nur sehr langsam. Erst wenn sie länger über dem neuen Ort verweilt, nimmt sie die dortigen Eigenschaften an (altern der Luft).
Im folgenden sind alle Luftmassentypen, welche in Europa wetterbestimmend sein können, aufgelistet. Die reine Polarluft ist dabei A, Subpolarluft P, erwärmte Subpolarluft ist Ps, die gemäßigte Luft wird als Sp bezeichnet. Subtropikluft ist S und die Tropikluft T. Die Buchstaben m und c sagen aus, ob die Luftmasse maritim (m) oder kontinental (c) beeinflusst ist. Das x gibt an, dass die Luftmasse weder maritimen, noch kontinentalen Einfluss zugeordnet werden kann. Oft handelt es sich um eine Luftmasse, welche über Europa liegt.

In Deutschland sind häufig die Luftmassen xSp, mSp, mS, xPs und mPs wetterbestimmend, da diese Luftmassen bei den meist bestimmenden Westlagen (West, abgewandelt Südwest und Nordwest) herangeführt werden. Sehr selten, aber nicht ausgeschlossen ist cA.
Die Bezeichnungen der Luftmassen werden häufig auch im Wettertagebuch verwendet.