氣象儀器的目視觀測雖然可以很精準，然而由於無法做到時時刻刻都在觀測，因而有了自記儀的設計，自記儀可以留下各項氣象觀測要素的連續變化情形。氣象上習慣將目視觀測用的儀器稱為「計」，而將可以自動記錄的儀器稱作「儀」。
凡是能帶動指針的感應部就能製成自記儀。如量氣溫的雙金片、量溼度的毛髮、量氣壓的空盒、量風向的風標及量風速的風杯或風扇等等，如下圖左就是溫溼自記儀；圖右就是氣壓自記儀。雨量器只要加上可感知水位的浮筒及滿水自動排水的機構，也可以製成自記儀。
自記儀的記錄部分除了可隨感應部連動的指針之外，就是一個會轉動的記錄轉筒。記錄轉筒可能是以發條或馬達帶動，一般是一週轉一圈，也有為求精確記錄而一天轉一圈的設計。只要在轉筒上包上記錄紙，沾有油墨的指針就可以在記錄紙上留下連續的變化曲線。
同樣的原理再更換記錄部的設計，就可以變化出其它的記錄方式。現在最普遍的作法就是將感應部的變化轉換為電流訊號，如此就可以接入電腦儲存和進一步運用（如右圖）。中央氣象局已大量採用這種方式將觀測記錄自動化，傳統全賴人工目測儀器記錄的方式已難再見，甚至發展出許多無人自動觀測站。
百葉箱內可安置乾溼計、最高最低溫度計、溫溼自記儀等，以避免直接日射及雨雪霜露的附著，並保持適度通風。百葉箱依其內置儀器的多寡可有不同的大小，或是在一個觀測坪內設置一個以上的百葉箱以容納眾多儀器亦可（右圖）。
由於希望能量測到真正的近地面大氣狀況，百葉箱必須能滿足下列條件：(1) 內部的溫度分布均勻；(2) 內部的溫度與箱外氣溫相同；(3) 能容納放置的儀器；(4) 使用輻射熱影響最小的材質。百葉箱底部離地面超過1公尺，再配合觀測坪植草，目的就是要避免地面散熱及水分蒸散對觀測的干擾；採用木質並漆成白色是為了盡量防止吸收太陽輻射；四周的百葉也是為了兼顧通風要求與防止陽光射入箱內。通常專業的百葉箱頂端還會裝置抽風馬達，以增強箱內空氣對流。就連箱門開設方向也是有講究的，在北半球應開向北側，南半球應開向南側，以免當箱門開啟時陽光長驅直入影響觀測，而赤道附近地區恐怕就得南北兩面都開門，隨季節的更迭決定開門方向。
由於百葉箱在觀測坪中算是數一數二的巨大物體，為免它遮擋住其它儀器的觀測，一般都是設在觀測坪較邊緣的地方，與其它儀器保持適當的距離；而在北半球，為盡量避免百葉箱的影子遮住其它儀器，當然是設在觀測坪的北側最佳。
