Este sistema está constituido por los diferentes elementos, tanto técnicos como humanos, que resultan necesarios para la preparación de las predicciones meteorológicas. Tales elementos son: El Sistema de Observación, el Sistema de Comunicaciones, el Sistema Informático, el Centro Nacional de Predicción, los Grupos de Predicción y Vigilancia regionales, y, como una derivación especifica para las Fuerzas Armadas, el Centro de Predicción y Vigilancia para la Defensa.
Estos son los elementos que permiten garantizar el funcionamiento diario del Sistema Nacional de Predicción, naturalmente desde el nivel nacional. A ellos hay que añadir los elementos que contribuyen a ese funcionamiento diario desde el exterior de España, a saber: el Sistema Mundial de Observación y el Sistema Mundial de Telecomunicaciones, integrados, en el Programa de la Vigilancia Meteorológica Mundial de la Organización Meteorológica Mundial, los satélites METEOSAT, que opera la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT), y el Centro Europeo de Predicción a Plazo Medio que suministra, diariamente a todos los Servicios Meteorológicos miembros del mismo (los de Europa Occidental), los mapas resultantes del modelo numérico de predicción a diez días.
El Sistema Nacional de Predicción está organizado operativamente, en torno al Centro Nacional de Predicción, en Madrid, y a los once Grupos de Predicción y Vigilancia (G.P.V.) establecidos en los Centros de La Coruña, Santander, Valladolid, Zaragoza, Barcelona, Valencia, Madrid, Sevilla, Málaga, Palma de Mallorca y Las Palmas de Gran Canaria.
El Centro Nacional de Predicción funciona permanentemente las 24 horas de todos los días del año. Realiza diariamente 3 ciclos de predicciones, detallados por Comunidades Autónomas, basados en los preparados por cada uno de los Grupos de Predicción y Vigilancia y otros tantos de resumen nacional; 2 diarios de predicción a medio plazo (entre 3 y 9 días), para toda España; 2 ciclos de predicciones marítimas para alta mar, englobando en cada uno de ellos, las ocho áreas atlánticas y las cinco áreas mediterráneas de responsabilidad española. También se prepara diariamente un boletín dirigido a los medios de comunicación, principalmente prensa escrita, de ámbito nacional.
Con respecto a mapas meteorológicos para usuarios se prepara diariamente 4 mapas significativos de predicción general; 4 mapas significativos de carácter aeronáutico para el área española y otros tantos para los vuelos que cubren el Atlántico Sur. La cartografía marítima supone diariamente 2 mapas de análisis del estado del mar; 1 mapa previsto del estado de la mar y 2 mapas semanales de temperatura del agua del mar.
El Centro Nacional de Predicción coordina las actividades de avisos especiales ante fenómenos meteorológicos adversos, no sólo durante las campañas de vigilancia especial (PREVIMET), y que se refieren a precipitaciones intensas otoñales del Mediterráneo, galernas del Cantábrico y nevadas en toda España, sino que también, y en todo momento, con cualquier otro fenómeno atmosférico que puede incidir en la protección de vidas humanas y bienes tanto en tierra, aire o mar.
Asimismo, los Grupos de Predicción y Vigilancia, también en funcionamiento durante las 24 horas del día, elaboran diariamente tres boletines de predicción general, por cada Comunidad Autónoma, detallando la información a nivel provincial, además de los boletines de predicción aeronáutica, marítima, y específicos de los diversos sectores de usuarios que atiende cada Grupo de Predicción y Vigilancia. Por supuesto, a ello se añade una vigilancia continuada de la evolución atmosférica en sus áreas de responsabilidad, lo que da lugar en situaciones meteorológicas adversas a la realización de predicciones especiales para Protección Civil y otros organismos.