当然，我们头顶上的世界并不缺乏能量。据计算，一次雷暴所含的能量相当于整个美国四天的用电量。在合适的条件下，雷暴云可以升到六到十英里高，并包含每小时一百英里的上升气流和下降气流。这些气流常常并存，这就是为什么飞行员不想飞入其中的原因。总之，云层内部混乱的粒子会带上电荷。由于尚未完全理解的原因，较轻的粒子倾向于带正电，并被气流吹到云顶。较重的粒子则停留在云底，积累负电荷。这些带负电的粒子有强烈的冲向带正电的地球的冲动，任何挡在它们路上的东西都算倒霉。一道闪电以每小时27万英里的速度移动，可以将其周围的空气加热到绝对焦脆的华氏5万度，比太阳表面热好几倍。任何时刻，全球范围内都有1800场雷暴正在进行中——每天约有4万场。日夜不停，全球每秒大约有一百道闪电击中地面。天空是一个生机勃勃的地方。
我们对天上发生的事情的大部分知识，都出奇地是近期才获得的。急流通常位于大约3万到3万5千英尺的高空，可以以高达每小时180英里的速度奔流，并极大地影响整个大陆的天气系统，然而直到第二次世界大战期间飞行员开始飞入其中，人们才怀疑它们的存在。即使是现在，许多大气现象仍知之甚少。一种通常被称为晴空湍流的波浪运动偶尔会给飞机飞行带来刺激。每年大约有二十起此类事件严重到需要报告。它们与云结构或任何可以通过视觉或雷达探测到的东西无关。它们只是宁静天空中令人震惊的湍流气团。在一个典型的事件中，一架从新加坡飞往悉尼的飞机在澳大利亚中部平静的条件下飞行时，突然下降了三百英尺——足以将未固定的人抛向天花板。十二人受伤，一人重伤。没有人知道是什么导致了这些破坏性的气团。
在大气中使空气循环的过程，与驱动地球内部引擎的过程相同，即对流。来自赤道地区的湿热空气上升，直到撞击到对流层顶的屏障并扩散开来。当它远离赤道并冷却时，它会下沉。当它到达底部时，一些下沉的空气会寻找低压区来填补，并返回赤道，完成循环。
在赤道，对流过程通常是稳定的，天气可预见地晴朗，但在温带地区，模式更具季节性、局部性和随机性，这导致了高压空气系统和低压空气系统之间无休止的争斗。低压系统是由上升的空气造成的，上升的空气将水分子输送到空中，形成云，最终形成雨。暖空气比冷空气能容纳更多的水分，这就是为什么热带和夏季的风暴往往是最强的。因此，低压区往往与云和雨有关，而高压区通常意味着阳光和好天气。当这两个系统相遇时，常常在云中显现出来。例如，层云——那些不受欢迎、毫无特色的、给我们带来阴沉天空的大片云——发生在携带水汽的上升气流缺乏冲破上方更稳定气层的力量，反而像烟雾撞到天花板一样扩散开来时。的确，如果你有时观察吸烟者，在静止的房间里看烟如何从香烟中升起，你就能很好地了解事物是如何运作的。起初，烟雾直线上升（如果你需要给任何人留下深刻印象，这被称为层流），然后它会扩散成一个弥漫的、波浪状的层。世界上最大的超级计算机，在最严格控制的环境中进行测量，也无法告诉你这些波纹会形成什么形状，所以你可以想象气象学家在试图预测一个旋转的、多风的、大尺度世界中的这种运动时所面临的困难。
我们确实知道的是，由于太阳的热量分布不均，地球上会产生气压差。空气无法忍受这种情况，所以它四处奔流，试图使各处达到平衡。风只是空气试图保持事物平衡的方式。空气总是从高压区流向低压区（正如你所预料的；想想任何有气压的东西——气球或气罐——想想那受压的空气多么执着地想要去别的地方），而且压力差越大，风速就越快。
顺便说一句，风速，像大多数累积的东西一样，呈指数级增长，所以每小时二百英里的风不仅仅是每小时二十英里风的十倍强，而是百倍强——因此破坏力也强得多。将数百万吨空气引入这种加速效应，结果可能极具能量。一场热带飓风在二十四小时内释放的能量，相当于像英国或法国这样富裕的中等规模国家一年的能源消耗量。
大气寻求平衡的冲动最早是由无处不在的埃德蒙·哈雷所怀疑的，并在十八世纪由他的英国同胞乔治·哈德利详细阐述，哈德利发现上升和下降的气柱倾向于产生“环流单元”（此后一直被称为“哈德利环流”）。哈德利虽然职业是律师，但他对天气有着浓厚的兴趣（毕竟他是英国人），并且还提出他的环流单元、地球自转以及明显的空气偏转（这给了我们信风）之间存在联系。然而，是巴黎综合理工学院的一位工程学教授古斯塔夫-加斯帕尔·德·科里奥利在1835年详细阐述了这些相互作用的细节，因此我们称之为科里奥利效应。（据说，科里奥利在该校的另一个贡献是引进了饮水机，至今那里仍称之为“科里奥”）。地球在赤道处以每小时1041英里的速度快速旋转，尽管当你向两极移动时，速度会显著下降，例如在伦敦或巴黎约为每小时600英里。当你思考这个问题时，原因是不言自明的。如果你在赤道上，旋转的地球必须带你走很长一段距离——大约4万公里——才能让你回到同一个地点。然而，如果你站在北极旁边，你可能只需要移动几英尺就能完成一次旋转，但在两种情况下，都需要二十四小时才能让你回到起点。因此，可以得出结论，你越靠近赤道，你旋转的速度就必须越快。
科里奥利效应解释了为什么任何在空气中沿直线横向于地球自转方向运动的物体，只要距离足够远，在北半球似乎会向右弯曲，在南半球则向左弯曲，因为地球在其下方旋转。标准的想象方式是，想象自己在一个大型旋转木马的中心，向边缘位置的人扔一个球。当球到达边缘时，目标人物已经移动了，球从他身后经过。从他的角度看，球似乎向远离他的方向弯曲了。这就是科里奥利效应，它赋予了天气系统旋转的特性，并使飓风像陀螺一样旋转起来。科里奥利效应也是海军炮火发射炮弹时必须向左或向右调整的原因；否则，发射十五英里的炮弹会偏离约一百码，无害地落入海中。
考虑到天气对几乎每个人的实际和心理重要性，令人惊讶的是，气象学直到十九世纪初才真正作为一门科学起步（尽管“气象学”这个术语本身自1626年就已存在，由T·格兰杰在一本逻辑学著作中创造）。
问题的一部分在于，成功的气象学需要精确测量温度，而长期以来，温度计的制造比你想象的要困难得多。精确读数取决于在玻璃管中获得非常均匀的孔径，而这并不容易做到。第一个解决这个问题的人是荷兰仪器制造商丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特，他在1717年制造出了一支精确的温度计。然而，出于未知的原因，他校准仪器的方式将冰点定为32度，沸点定为212度。从一开始，这种数字上的怪异就困扰着一些人，1742年，瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯提出了一个与之竞争的温标。为了证明发明家很少能完全做对事情，摄尔修斯在他的温标上将沸点定为零度，冰点定为100度，但这很快就被颠倒过来了。
最常被认为是现代气象学之父的人是一位名叫卢克·霍华德的英国药剂师，他在十九世纪初崭露头角。霍华德现在主要因在1803年给云的类型命名而被铭记。尽管他是林奈学会的活跃且受尊敬的成员，并在他的新方案中采用了林奈原则，霍华德却选择了更为默默无闻的阿斯克希恩学会作为宣布他新分类系统的论坛。（你可能还记得前面章节提到的阿斯克希恩学会，其成员对一氧化二氮的乐趣异常投入，所以我们只能希望他们以应有的清醒态度对待了霍华德的演讲。关于这一点，霍华德学者们奇怪地保持沉默。）
霍华德将云分为三类：层状云为层云（stratus），蓬松的云为积云（cumulus，拉丁语意为“堆积”），高而薄、呈羽毛状、通常预示着天气变冷的云为卷云（cirrus，意为“卷曲”）。随后，他又增加了第四个术语，雨云（nimbus，源自拉丁语“云”），指雨云。霍华德系统的美妙之处在于，这些基本组成部分可以自由组合，用来描述各种形状和大小的过往云彩——层积云、卷层云、浓积云等等。这个系统立刻大受欢迎，不仅在英国。德国诗人约翰·沃尔夫冈·冯·歌德对此系统如此着迷，以至于他为霍华德写了四首诗。