A repülés szoros kapcsolatban áll a légkörtannal, azaz a meteorológiával, hiszen légi környezetben történik.
A földi légkör tulajdonképpen bolygónkat körülvevő gázburok, melyet a gravitáció erejével kapcsol magához. Kiterjedése nem határozható meg pontosan, mert lassú, fokozatos ritkulással megy át a bolygóközi tér ritka anyagába, emiatt a levegő tömegének 99,99%-a már egy 100 km vastag légburokba foglaltatik benne.
A repülés zömében a légkör alsó 7-10 km-es rétegében, azaz a troposzférában zajlik. Ebben a rétegben a hőmérséklet felfelé átlagosan 6,5°C fokot csökken kilométerenként. Itt zajlanak az időjárásunkat meghatározó folyamatok, ebben a rétegben helyezkednek el a frontok, ciklonok, anticiklonok. A légkör vízkészletének csaknem 100%-a is itt található, azaz a felhők is, melyeket a repülőút során közelebbről szemügyre vehetünk.
Keletkezésüket a felszálló légáramlásoknak köszönhetik, melyek emelkedés közben lehűlnek, és elegendő nedvességtartalom esetén a kondenzációs szinten kicsapódnak. A felhőképződés tehát abban a magasságban indul meg, melyben a felszálló levegő hőmérséklete eléri a harmatpontot.

A felhők különböző magasságokban helyezkedhetnek el. Az alacsony szintű felhők alapja 2 km alatt, a középszintű felhők alapja 2 és 6 km között, a magas szintű felhők alapja pedig 6 km felett található. Vannak függőlegesen nagy kiterjedésű felhők is, például a zivatarfelhők, ezek alapja 500 m és 2-3 km között van, tetejük akár 10 km felett is lehet.
A felhők magassága és anyagi összetételük között szoros a kapcsolat: a magas szintű felhők jégkristályokból állnak, a középmagas felhők vegyes halmazállapotúak, az alacsony szintűek pedig jobbára vízcseppekből tevődnek össze.

Alakjuk szerint megkülönböztethetünk réteges felhőket (sztrátusz) melyek vastagsága vízszintes kiterjedésükhöz képest kicsi, szerkezetük rostos, vonalas, továbbá gomolyos felhőket (kumulusz), melyek vastagsága kiterjedésükhöz képest jelentős, általában egyedül álló halmok, vagy rögök formájában mutatkoznak, és végül vastag felhőket, melyek vízszintes kiterjedése összemérhető függőleges kiterjedésükkel.

A réteges felhők általában meleg légköri frontokhoz kapcsolódnak, térben és időben is csendes csapadékot adnak, sokszor a teljes égboltot elborítják. Megjelenésük párássággal társulhat, előfordulásuk télen gyakoribb.
A gomolyfelhők nyári félévben fordulnak elő többször, jelentős mennyiségű, intenzív záporszerű csapadék hullhat belőlük, akár zivatar, jégeső felhőszakadás vagy hózápor formájában is.
A sztrátuszok keletkezését lassú, a kumuluszokét viszont erős függőleges áramlások idézik elő. Belsejükben tehát nagyobb a labilitás, így, – elsősorban a gomolyos szerkezetű felhőkben - a turbulencia erősebb, mint azokon kívül.

Speciális, felhőhöz hasonló jelenség a kondenzcsík. Ez tulajdonképpen egy mesterséges magas szintű felhő (cirrusz), melyet a légi közlekedés idéz elő, mikor a repülőgép a troposzféra felső rétegeiben, -40 fok alatti hőmérsékleti tartományban repül. Az üzemanyag elégetésekor ugyanis vízgőz szabadul fel, amely növeli a levegő nedvességtartalmát, ugyanakkor a sugárhajtású motorok kipufogógázai úgynevezett kondenzációs magvakként szolgálnak (lebegő szilárd porrészecskék vagy apró folyadékrészecskék), melyeken a nedvesség kicsapódik.
A vékony, gyorsan feloszló kondenzcsík általában arra utal, hogy a levegő nedvességtartalma - melyben a repülés történik – kevés, ebben az esetben a kondenzcsík a földről nem látható, ezt negatív kondenzcsíknak nevezik. Ezzel szemben, amikor a levegő nedvességtartalma elég nagy (közel van a telítettségi pontjához), a létrejött felhő kiterjedése sokkal nagyobb lesz, és akár 30 percig megmarad.

A látótávolság felhőkben erőteljesen csökken, mely mértékét főként a felhőrészecskék száma befolyásolja. Jégfelhőkben a látási viszonyok általában jobbak. Sűrű felhőkben a látástávolság annyira lecsökkenhet, hogy a szárnyak vége sem látszik. A csapadék is jelentősen korlátozza a látási viszonyokat, mely a csapadékhullás intenzitásával van szoros összefüggésben.

Biztonság szempontjából fontos a veszélyt jelentő időjárási jelenségek ismerete, előrejelzése, ezért a pilóták felszállás előtt részletes tájékoztatást kapnak az aktuális, illetve az előrejelzett meteorológiai helyzetről. A ferihegyi meteorológiai szolgálat munkatársai a pilóták számára az útvonal jellegének megfelelő összeállításokat készítenek. Miután részletes, térképeken feldolgozott anyagokat adnak, így a pilótáknak "csak" a helyzet értékelése, és a döntés marad, ami minden esetben a kapitány joga és kötelessége.
Az előrejelzéseket általában a repülőtér körzetére, vagy egy adott útvonalra készítik. Az időjárási helyzet és annak változása, műholdképek, radarképek, és az időjárási megfigyelésekből, illetve előrejelzett adatokból rajzolt térképek sorozatával nyomon követhető és megbecsülhető, hogy egy jelentősebb módosulás mikorra éri el a tervezett repülési útvonalat. A repülők számára a különböző magasságú, irányú és sebességű széláramlások, illetve a szélrétegződés ismerete is igen fontos.
Az információk alapján elkészítik az útvonalszakasz repülési tervét, és a várható szélviszonyok figyelembevételével, kiszámítják az üzemanyag szükségletet, a szükséges biztonsági tartalékkal együtt.
A légi forgalom a szárazföldek fölött, az 1990-es évekig meghatározott, 20-25 kilométer széles légifolyosókon bonyolódott le, amelytől csak kivételes esetben, külön engedéllyel lehetett eltérni. Azóta a fejlettebb navigációs eszközök már Magyarországon is lehetővé teszik, hogy az irányítás engedélyével a pilóták kiválaszthassák a számukra legoptimálisabb útvonalat.
A hosszú távú járatoknál, a tengerek, óceánok felett az útvonal és a magasság szabadabban - bár ott sem korlátlanul - változtatható, így a meteorológiai tájékoztatás alapján kikerülhetők a szembe fújó orkáncsatornák is.

Bár a mai korszerű utasszállító gépek kevésbé vannak kiszolgáltatva az időjárás szeszélyeinek, bizonyos légköri jelenségeket, időjárási helyzeteket figyelembe kell venniük a pilótáknak. Melyek ezek? Elsősorban a sűrű köd, a hóesés, a jeges pálya, a levegőben történő jegesedés (jéglerakódás, mely felhőben, esőben vagy nedves hóban, ritkán a felhő alatti repülésnél a repülőgépen jelentkezik), turbulencia, és a zivatarfrontok, vagy nagyobb felhőképződmények.
Szerencsére nemcsak a meteorológiai szolgálat előrejelzésre vannak utalva a pilóták, hiszen a modern gépek radarjai messziről képesek észlelni a veszélyes légköri jelenségeket.
A repülőgép radarsugarai a csapadékról (víz, jég, hó) verődnek vissza. A jelentősebb, nagyobb mennyiségű csapadék erősebben veri vissza a jeleket, melyeket a fedélzeti radar érzékel és színes térképként jelenít meg a pilóták számára. A piros színnel jelölt területek a zivatarok, viharok belsejét, nagy mennyiségű csapadékot jeleznek. A sárga közepes mennyiségű, a zöld kis mennyiségű csapadékra utal.
Speciális földi kiszolgáló járművekkel felszállás előtt jégteleníthetik a repülőgépet. A szárnyfelületekre és a kormányszerkezetekre fújt fagyálló folyadék felvitelét sokszor a kabinablakokból kísérhetik végig az utasok.