Вся жизнь на планете зависит от ее благополучного состояния, но взаимосвязанным системам атмосферы, океанов, водных потоков, суши, ледяного покрова и биосферы, которые образуют природную среду, угрожает деятельность человека. Вместе с тем по мере того, как хрупкая окружающая среда становится более уязвимой для стихийных бедствий, стихийные бедствия также разрушают окружающую среду в круговороте неблагоприятных причин и следствий.
Данные наблюдений за погодой, климатом и атмосферой, которые собираются с помощью сетей систем наблюдений, передачи данных и прогнозирования ВМО, обеспечивают лиц, ответственных за определение политики, информацией о состоянии окружающей среды, что позволяет им принимать меры для предотвращения ее дальнейшего ухудшения.
Природная окружающая среда страдает, например, от отсутствия осадков в течение продолжительных периодов времени и неконтролируемого землепользования, что приводит к опустыниванию. По оценкам одна треть поверхности Земли и одна пятая часть населения мира сталкиваются с угрозой опустынивания. По этой причине ВМО фокусирует свое внимание на аспектах изменчивости и изменения климата, которые оказывают воздействие на окружающую среду.
ВМО является общепризнанным, всеобъемлющим источником уникальных глобальных систематических наблюдений за состоянием широкого диапазона геофизических явлений, массивов данных и долгосрочных архивов и научно-технических знаний и опыта для оказания консультативной помощи в области политики в отношении различных важных вопросов окружающей среды.
Биоразнообразие (разнообразие жизни на Земле и естественных систем, которые оно формирует) помогает поддерживать функционирование глобальной окружающей среды. Загрязненный воздух, истощенные или загрязненные водные ресурсы, деградация почвы и рост городов — все это представляет угрозу для биоразнообразия. Повышение температуры океана является причиной широко распространенного обесцвечивания коралловых рифов, которые поддерживают существование обширных популяций морских организмов, а также являются одним из важных объектов, привлекающих туристов. Особо важное значение имеют явления Эль-Ниньо.
Экосистемы, такие как заболоченные земли, леса и озера, составляют существенную часть природного режима реки. Они являются буферной зоной между речными и наземными экосистемами и играют важную роль в накоплении или уменьшении паводковых вод. Поэтому необходимо обеспечить сохранение их здорового состояния. Строительство сооружений по регулированию паводков не может полностью контролировать экстремальные паводковые явления, превышающие пределы проектировочных стандартов, и может оказать отрицательное воздействие на природную окружающую среду.
Стратосферный озон защищает растения, морскую живую природу, животных и людей от ультрафиолетового солнечного излучения, оказывающего вредное воздействие на жизнь на Земле. Хлорфторуглероды и другие антропогенные химические вещества ведут к разрушению озона.
Важным видом деятельности национальных метеорологических и гидрологических служб является мониторинг долгосрочных изменений, касающихся атмосферных парниковых газов, ультрафиолетового излучения, аэрозолей и озона, а также оценка их последующего влияния на людей, климат, качество воздуха и воды, экосистемы моря и суши. Другим важным видом деятельности является мониторинг атмосферного и водного переноса опасных частиц после вулканического взрыва или промышленной катастрофы. Данные наблюдений ВМО используются Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в выполняемых ею оценках изменения климата, его потенциальных воздействий и вариантов адаптации и смягчения последствий.
Земля обладает естественным парниковым эффектом, обусловленным следами в атмосфере водяных паров (H2O), углекислого газа (CO2), метана (CH4) и закиси азота (N2O). Эти газы способствуют проникновению к Земле солнечной радиации, но поглощают инфракрасную радиацию с Земли, в результате чего происходит нагрев поверхности планеты. Необходимо проводить различие между естественным парниковым эффектом и усиленным. Естественный парниковый эффект возникает при естественных количествах парниковых газов и необходим для жизни. В отсутствие естественного парникового эффекта температура поверхности Земли была бы ниже примерно на 33 °C. Усиленный парниковый эффект связан с дополнительным радиационным воздействием, обусловленным повышением концентраций парниковых газов в результате человеческой деятельности. К основным парниковым газам, концентрации которых растут, относятся углекислый газ, метан, закись азота, гидрохлорфторуглероды (ГФХУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и озон в нижнем слое атмосферы. Программа Глобальной службы атмосферы (ГСА) ВМО осуществляет наблюдения, анализирует и публикует данные по парниковым газам, собранные в пятидесяти странах мира, от высоких широт Арктики до Южного полюса. 
