大氣觀測組掌理事項如下：
一、氣象觀測政策之研擬、協調及推動。
二、地面與高空氣象觀測之技術規範訂修；專用氣象觀測站之審核認可及技術輔導。
三、地面、高空氣象站之規劃、設置；氣象觀測與地震監測業務之規劃、督導及考核。
四、自動氣象、雨量觀測站與其資通訊應用之規劃、設置、維運管理及更新。
五、地面與高空氣象站、自動氣象及雨量站、專用氣象觀測站、海象觀測站之資料與通信即時監控、協調、聯繫、交換、品管作業及品質檢定技術之研究改進。
六、氣象觀測儀器之維護、檢修、汰換與維修專業訓練之規劃及實施。
七、儀器量測規範之訂修、校正品質與技術之規劃、設計、管理及監督考核；儀器校驗系統之建置。
八、臺北天文氣象站之觀測及其資通訊應用之維運管理；天氣守視與災害性天氣之通報及處理；與氣象相關之天文觀測、太空天氣測報、曆象編製及訊息發布。
九、其他有關大氣觀測事項。