Las redes de observación son la fuente de información necesaria para la elaboración de los distintos productos meteorológicos que suministra el INM. Las estaciones meteorológicas pertenecen a una o más redes. Se entiende por red el conjunto de estaciones que con métodos de observación homogéneos, proporcionan las medidas requeridas para atender a un objetivo. Al diseñar una red se establece qué estaciones y qué programas se seguirán para realizar las adecuadas observaciones. El siguiente organigrama informa de las distintas redes:
Las redes que requieren más recursos y que satisfacen las necesidades más importantes son:
Además de la información que proporcionan los sistemas de observación meteorológica instalados en España, hay que añadir la información que utiliza el Instituto Nacional de Meteorología procedente del Sistema Mundial de Observación gestionado por la Organización Meteorológica Mundial. Concretamente, el Sistema Mundial de Observación proporciona diariamente, a través del Sistema Mundial de Telecomunicaciones (SMT), datos procedentes de unos 3.000 Observatorios Sinópticos distribuidos por todo el mundo. A ello hay que sumar los datos procedentes de otros 800 Observatorios Sinópticos, no incluidos en el Sistema Mundial de Observación y pertenecientes a las redes de observación nacional de los países vecinos de España. Sobre una base bilateral y también a través del SMT se intercambian datos con Francia.
A su vez, el Instituto Nacional de Meteorología corresponde suministrando diariamente al Sistema Mundial de Observación los datos correspondientes a 33 Observatorios Sinópticos de superficie y a los 8 Observatorios Sinópticos de altura (radiosondas).