香港天文臺是一個負責監測及預測天氣、並就與天氣有關的災害發出警告的政府部門。天文臺亦監測和評估香港的輻射水平，以及為廣大市民和航海、航空、工業及工程行業提供氣象和地球物理服務。

氣象服務

天文臺為公眾、漁民、航海人士、航空界和其他特殊使用者提供天氣服務。透過特別安排，天文臺也為大型活動如煙花匯演和體育盛事等提供適切的氣象服務。天文臺的天氣預測及警告服務已取得國際標準化組織ISO
9001:2015質量管理體系認證。

天文臺設有各種天氣監測儀器，包括量度全港各區風向、風速、氣壓、氣溫、溼度及雨量的自動氣象站網路、提供實時天氣照片及能見度資料的攝影機和能見度儀表網路、用以探測閃電的閃電定位網路及測度雨區強度和走向的兩臺多普勒天氣雷達。此外，天文臺亦與世界各地的氣象中心實時交換資料及接收多顆氣象衛星的雲圖。

天文臺利用電腦模式模擬及預測東亞和北太平洋西部天氣系統的發展，藉此預測香港及鄰近海區的天氣，為市民提供在空間及時間上精細的天氣預報。就本港的天氣，天文臺除了提供長達九天的天氣預測，亦透過「香港自動分割槽天氣預報」網頁，提供香港各地點及珠三角區域未來九天每小時電腦天氣預報，以及未來十四天每日最低及最高溫度和未來九天熱帶氣旋路徑概率的延伸預報。

而「大雨及雷暴區域資訊」網頁則提供「區域性地區大雨報告」、「新界北部水浸特別報告」或「雷暴警告」所影響範圍，以及各區錄得的雨量及閃電出現的位置。另外，「指定地點閃電戒備服務」亦於地理資訊系統平臺上一站式顯示閃電及其相關資訊。

天文臺開發了一套名為「小渦旋」臨近預報系統，利用雷達、雨量及閃電等資料，並結合電腦模擬結果，預測未來六小時暴雨及相關連的惡劣天氣。除支援天氣預測和警報外，「小渦旋」亦透過天文臺網站和「我的天文臺」流動應用程式向公眾提供未來兩小時降雨和一小時閃電臨近預報。天文臺獲世界氣象組織指定為亞洲區的臨近預報區域專業氣象中心，為區內氣象機構提供有關重大天氣事件的臨近預報產品與技術。

輻射監測與評估

天文臺負責監測香港境內的環境輻射水平，並採集空氣、土壤、水及食品樣本作輻射測量。天文臺的輻射測量服務獲得ISO
9001:2015質量管理體系認證。萬一廣東省內的核電站發生核事故，天文臺會即時加強輻射監測工作、評估輻射後果及向政府提供有關採取適當防護措施的技術意見。

時間標準、地球物理及氣候服務

天文臺利用銫原子鐘訂定本港的時間標準，並透過網路時間服務、網際網路時鐘、「打電話問天氣」服務及本地電臺提供授時服務。天文臺同時向位於法國的國際度量衡局提供天文臺原子鐘時間資料，參與訂定協調世界時(UTC)。

天文臺設有地震站網路，並收集全球多個地震站的實時資料，以監測地震活動和提供地震資訊服務，透過Twitter、微博和RSS發放地震速報。此外，天文臺也設有一個潮汐測量站網路以提供潮汐、平均海平面、風暴潮和海嘯的資料。萬一海嘯發生並有機會影響香港時，天文臺會向公眾發出警告。