肉眼观测气象的核心方法可归纳为"观云辨天、察色知变"。具体操作包含四个维度：一是观察云状，例如卷积云如鱼鳞排列预示晴朗，积雨云底部发黑则雷雨将至；二是判断云量，当卷层云扩展为高层云且逐渐增厚时，6-8小时内可能降雨；三是留意云的光学现象，日月晕圈多出现在卷层云上，常是阴雨前兆；四是结合地表参照物，山区能见度降低往往预示湿度增大和降雨。这套方法在民间谚语中体现为"天上钩钩云，地上雨淋淋""鱼鳞天，不雨也风颠"等经验总结。

这种观测方式的科学依据源于大气物理规律。云的形态本质上是水汽凝结过程的可视化呈现：积状云由对流运动形成，层状云与锋面抬升相关，波状云则反映大气湍流。气象学将云按高度分为高云（6000米以上冰晶云）、中云（2500-6000米混合云）和低云（2500米以下水云），各类云的演变对应不同天气系统。例如夏季积云发展为积雨云的过程，实质是垂直对流加剧导致云顶温度降至-15℃以下，冰晶与水滴碰撞产生雷电。中国气象局的观测数据显示，卷积云出现后24小时内转阴雨的概率达67%，而雨层云笼罩天空后，90%的情况会在5小时内降水。现代气象学证实，传统观云经验中关于云砧（积雨云顶部的砧状结构）预示强对流的说法，与雷达回波显示的垂直风切变数据高度吻合。通过系统记录云高、云状与后续天气的对应关系，肉眼观测准确率在短时预报中可达75%以上，这正是世界气象组织至今仍将目测纳入地面观测规范的原因。