El primer logro en este nuevo campo de la meteorología se consiguió en 1950 gracias al equipo compuesto por los meteorólogos estadounidenses: Jule Charney, Philip Thompson, Larry Gates, el noruego Ragnar Fjörtoft y el matemático aplicado John von Neumann; utilizando para ello la computadora ENIAC. Emplearon una forma simplificada de dinámica atmosférica basada en la ecuación de vorticidad barotrópica, reduciendo en gran escala la demanda de tiempo y recursos computacionales, de manera que pudiera ser utilizada en los equipos informáticos de la época, todavía en una fase relativamente primitiva. Los Modelos numéricos posteriores comenzaron a emplear ecuaciones mucho más complejas para la dinámica y termodinámica de la atmósfera. La predicción como tal comenzó a ser funcional de manera regular en 1955 bajo un proyecto en conjunto entre la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y la oficina Meteorológica de dicho país.

Actualmente este tipo de modelación numérica es utilizada de manera operacional para realizar previsiones en países de todo el mundo. En este contexto, un modelo numérico, es un programa informático que produce información meteorológica correspondiente a un momento en el futuro para determinados puntos del planeta y ciertas altitudes. En el plano horizontal, un modelo puede ser global y cubrir la totalidad de la Tierra, o bien regional, abarcando solo una parte del planeta.

Las previsiones (resultados entregados por el modelo numérico) se calculan utilizando ecuaciones matemáticas de la física y dinámica de la atmósfera denominadas ecuaciones primitivas. Estas ecuaciones son no lineales e imposibles de resolver con exactitud. Por consiguiente, los modelos numéricos obtienen soluciones aproximadas.

Los modelos numéricos necesitan imperiosamente datos de entrada los cuales son obtenidos desde radiosondas, satélites y observaciones meteorológicas, siendo utilizados como punto de partida para la previsión. Los cálculos realizados mediante las ecuaciones primitivas determinan los ritmos de cambio de las distintas variables atmosféricas. Estos ritmos de cambio permiten predecir el estado de la atmósfera dentro de un breve lapso de tiempo en el futuro. De forma análoga se aplican las ecuaciones primitivas a este nuevo estado de la atmósfera para calcular nuevos ritmos de cambio, y estos nuevos ritmos de cambio predicen el estado de la atmósfera a un tiempo más distante aún en el futuro. Este procedimiento de avance mediante pequeños incrementos en el tiempo se repite de forma continua hasta que la solución alcance el tiempo de predicción deseado. El lapso de tiempo que demora en calcular cada incremento temporal depende principalmente de la distancia a que se encuentren dos puntos en la grilla de cálculo, como también del tamaño del área a predecir.

Existe una gran variedad de modelos numéricos los cuales usan métodos de solución diferentes. Algunos modelos globales emplean métodos espectrales para las dimensiones horizontales y métodos de diferencias finitas para el plano vertical, mientras que los modelos numéricos regionales y otros globales suelen utilizar métodos de diferencias finitas para las tres dimensiones. Los modelos numéricos regionales pueden emplear grillas más reducidas para analizar fenómenos meteorológicos de escalas más pequeñas, ya que no tienen que resolver ecuaciones para el mundo entero. A este tipo de modelos numéricos se les conoce como modelos de mesoescala.