地面电场仪可以测量晴天和雷暴天气条件下地面大气平均电场的大小和极性的连续变化，能够灵敏地响应近距离雷暴活动发生发展的过程，在雷电临近预警中非常有用。
因为单点的地面大气电场是空中所有电荷在该点产生的电场的矢量和，所以只利用单点地面大气电场的测量结果不能准确反映雷暴云中的雷电活动状况，需要地面大气电场仪的组网观测，并通过其他观测大致确定雷暴云的空间位置。到目前为止，如何充分有效地利用地面电场仪组网观测资料进行雷电临近预警仍然是一个难以解决的问题，还需要大量的实验研究工作。
对于地面电场观测数据，目前主要采用了两个预警指标进行雷电临近预警：电场瞬间变化量和电场平均变化趋势。每秒一次的采样率是可以在一定程度上反映闪电放电引起的电场变化的，因为闪电发生后，地面电场恢复到闪电前的状态需要一定的时间，所以根据我们观测到的电场瞬间变化（相邻2秒地面电场值之差）能够大体上判断出在近距离是否发生了闪电。对于电场平均变化趋势（如采用1米的平均值）来说，不适于在近距离有闪电发生时使用，因为近距离有闪电发生时（特别是闪电频繁发生时），很可能闪电发生之后地面电场还未得到完全恢复就又有一次闪电发生了，这样每分钟平均值的变化会是杂乱无章的。但是在闪电还未发生前、最后一次闪电发生后或者闪电发生频率较低时（可舍弃闪电发生之后一段时间的数据不参与平均值的计算，若闪电发生频率较高，可能会造成根本没有数据适于计算平均值），还是可以利用电场平均值的变化趋势作为预警指标的，特别是雷暴发展初期，云中电荷处于积累阶段，通过对地面大气电场平均值的变化趋势的预测，可以对闪电的发生进行有效地预警。
需要注意的是：利用单站的电场观测难以估计雷暴云的位置，其预警区域和提前预警时间是非常有限的，并且存在一些不确定性；另外，由于地面大气电场测量受安装环境的影响较大，尤其是在城市地区，很难找到理想的安装条件。因此，不同站点采用的平均电场预警指标是不一样的，需要进行场地校正或根据长期观测寻找经验判据。
对于过境的雷暴，由于电场仪的有效响应范围有限，能够提前预警的时间受很大限制（当然，组网观测在一定程度上能够增加雷暴路径上电场仪的提前预警时间），最好结合其他观测，如雷达、卫星、闪电定位等。而对于电场仪观测网区域内新生的雷暴云，理论上地面电场观测能够达到很好的预警效果（采用电场平均变化趋势作为预警指标），这还需要用实际观测进行检验。
随着全国地闪定位站网和局部地区总闪定位系统的建设，闪电资料在雷电预警中将起到越来越重要的作用。通过区域识别、跟踪和外推算法，我们可以对已经发生闪电的区域进行识别，利用一段时间的监测资料就能进行跟踪和预测，特别是总闪定位系统能够提供云闪的信息，可以为地闪提供更长的预警时间。
另外，在同时拥有闪电监测资料及雷达、卫星等实测资料时，需要综合考虑这些资料。例如在利用雷达、卫星资料对强对流区域进行识别、跟踪时，参考雷电定位结果，判断这些区域是否已经发生闪电，将为下一时段外推得到的强对流区域是否会发生闪电提供决策依据。
利用照相机对闪电观测
利用照相机对闪电观测是研究闪电的重要工具之一。由照相观测可以测量闪电的时间、闪电的速度和闪电的结构。早在19世纪后期，霍弗就利用照相摄影方法观测闪电，他将照相机作水平快速移动，获取闪电照片，观测闪电变化情况，发现闪击是有分枝的，并且闪击之间有连续发光存在，并测量两闪电的时间间隔为1/5~1/10秒，这个时间显然是过大了。到20世纪初，法国沃尔特利用一个由钟控制的可移动照相机，精确地测出了闪击之间的时间，并拍摄了第一次闪击的先导，观测到第一次闪击是向下分枝的，但是他没有发现先导是梯级的。同时，美国的拉尔森也进行了类似的闪电观测，测量了闪击之间的时间，并记录到一次由40次闪击组成的闪电。
直到1926年玻依斯设计出一种旋转式相机，后来称之为boys相机。
其结构是将两个照相机的镜头分别安装在一个旋转圆盘的一条直径的两端，镜头随圆盘高速旋转。当观测闪电时，闪电成像位于两镜头后面的静止底片上，由于圆盘快速旋转，两镜头各向相反的方向移动，由于镜头的高速移动，闪电光不是同时到达底片上，使得照相底片上感光的闪光发生畸变，这种畸变方向是以直径为对称的，镜头的旋转速度是已知的，通过将两幅图的比较分析及一系列处理后，就可以推断出闪电的方向和速度，并且可以判断闪电发展的连续相位，从而得到闪电的结构和发展过程。1929年，玻依斯又将相机作了进一步的改进，将转动相机镜头改为两镜头固定不动，而照相底片作快速旋转，这有利于提高观测的稳定性和精度。为观测回击闪电通道径向变化，塔卡基等制作了一台高速扫描相机，它是对一般线扫描相机的改进。其部件有：物镜、图像辅助（放大）装置、一维荷电耦合器件的图像感应器、一个探测驱动器和一个视频放大器。CCD图像感应器是由1024个高灵敏度的硅光敏二极管组成的线性阵列，所有的光敏二极管与CCD移位寄存器相连。
测量大气电场
旋转（场磨）式大气静电场仪，它是根据导体在电场中产生的感应电荷原理来测量大气电场。主要由大气电场感应器、信号处理电路、显示系统和雷电警报器四个部分组成。大气电场感应器由上下两片相互平行、有一定间距、开关相似的四叶片连接在一起的对称扇形金属片组成。下面的金属片用来感应电荷，固定不动，称为定片，上面的金属片由马达驱动旋转，称为动片，并与地相连接，它既起屏蔽定片的作用，又使定片暴露在大气电场中。
当动片旋转时，定片便交替地暴露在大气电场中，由此产生交流电信号，信号的强弱与大气电场强度成正比。信号处理电路是将交变电信号进行放大等处理为显示系统所要求的信号。显示系统可以用示波器、打印机或记录器等显示大气电场信号。雷暴警报器根据测量的电场的大小和变化，预测雷电出现的可能，并发布近距离雷电警报。
大气电场探空仪用于研究积雨云或其他云中大气电场分布和云中电荷分布。它由双球式大气电场感应器、发射机和在地面的接收系统三部分组成。双球式大气电场感应器由两个相隔一定间距、绕水平轴旋转的金属球体组成。在强大气电场中，两个金属球分别感应大小相等、极性相反的交变电荷，其幅值与两球旋转所形成平面的大气电场分量成正比，双球式大气电场感应器的输出信号，经发射机传送到地面。地面接收系统由天线、接收机、数据处理系统和显示装置组成。天线接收的大气电场和温、湿信号，通过接收机和数据处理，最后输出探测结果。此外探空仪还携带有温度、湿度和测风应答仪。
卫星和雷达监测雷暴
卫星为大范围探测闪电提供了理想平台，多年来已有多颗静止气象卫星装载有记录闪电信号的观测仪器，美国国防气象卫星（DMSP）上载有各种光学探测闪电的探测器。
DMSP卫星是1970年美国空军发射的一颗用于军事目的的气象卫星，采用太阳同步轨道，其使用的基本仪器是高分辨率扫描仪，可以获取可见光和红外图片。1973年DMSP卫星发射后不久发现高分辨率可见光扫描仪在轨道的夜间部分具有探测闪电的功能。1980年，科学家首次提出在静止卫星上获取高空间分辨率、高探测效率、昼夜探测闪电放电图像。20世纪90年代，根据他们的理论开发出一种新的LMS闪电探测仪。
LMS成图探测器能够探测大范围区域闪电发生的时间、闪电的辐射能、日夜监测云闪和地闪闪电，其空间探测分辨率达到10千米。
20世纪50年代，科学家首次用雷达观测闪电，直到近年来雷达可以用于闪电定位、确定通道的物理特征和监测有关风暴的演变。雷达能实时连续对雷电进行监测，对闪电的观测要优于被动观测，是监测闪电的最有效工具之一。
闪电定位与新型探测仪
1.闪电定位
闪电定位系统也称之为闪电探测和测距系统（LDAR）。20世纪70年代，LDAR由一个中心站和6个遥控站组成，基本工作原理是双曲线定位原理。现在已大有改进，只用一个中心站和3个遥控接受站组成三角定位法系统。有两种方法：
一种是磁场方位法。是利用一对闭合环形导体做成接收天线以接收闪电发生的脉冲电磁波的磁场分量。每一个天线接受磁场的一个分量，它是垂直于天线线圈平面的，从二个磁场分量的大小，可以确定落地闪的方向，二个站各自同时定出的方向线相交点就是落地闪的位置，用三个站，则可以把交点位置定得更精确。1989年黄岛油库是落地雷引起大火的，这个落地雷的地点和准确时间监测人员是在几百里外的监测闪电系统的监视屏上看到并记录下来的。这种闪电监测定位系统可以用于森林火灾的监测，也可用于荒无人烟大范围的输电网雷击损坏点的搜寻，我国大庆油田、华北电管局等已购用中科院空间中心研制的SD—JD—I型闪电监测定位系统，其测量范围可达几万平方千米。
另一种闪电定位方法是采用辐射场到达时间系统，又称雷电跟踪定位系统，它有非常高的精度，是以接受导航卫星的时间标准为基准，与各检测站收到闪电辐射场的时间相比较，从而定出闪电的位置。
2.新型探测仪
检测大气电场不一定用电学仪器，也可以运用光学效应来测量电场，光纤电光晶体电场传感器就是其中之一。电光晶体有一种泡克耳斯效应，它是这样一种现象：凡是不具有对称中心的透明晶体，光通过时会产生双折射现象，在某一方向加电场后，双折射现象会发生改变，变化量与外加电场成正比，是一阶电光效应，把晶体放入偏振装置中，经过起偏器1/4波片和检偏器作用后，通过电光晶体的光强就与外加电场的大小成正比了，光强可以用光电管来测量取读数。
另一个是借用共振现象测闪电。
大地表面和高空的电离层类似一个电的谐振腔，闪电发出的电磁波有各种频率成分，它的7.5赫兹的基频及其谐波在这个大谐振腔发生共振，称为舒曼共振。用电磁波接收机接收空中各种来源的电磁波，若有这种频率的成分，它一定是来自雷暴放电，利用这一现象可以监测全球的雷电，任何一个地方的闪电辐射舒曼共振频谱在全球任何地点均可监测到。
雷电监测产品的应用
闪电定位系统是用于雷电监测和预警的新型探测设备，可以自动、连续、实时监测闪电发生的时间、方位、强度、极性等特征参数。特别是目前在世界发达国家广泛使用的闪电监测站网，能够提供大范围、长距离、高效率和高精度的雷电活动位置和发展信息等，而且甚高频（VHF）闪电定位探测系统还可以监测云闪，能够揭示闪电放电过程的时空分布，因此闪电监测信息具有广泛的应用前景。
在短时天气预报的应用方面，雷电信息作为对流性天气灾害超短时预报的新手段已受到重视。1980年美国曾经开展了对流降水试验计划，反映了人们认识到电结构，特别是对流云系统电结构的复杂性，也反映了起电过程的多样性和复杂性。在2000年夏季美国NWS和NOAA开展了试验项目STEPS，强雷暴起电和降水研究），其主要目的是研究雷电结构与灾害性雷暴的关系。STEPS试验项目的探测试验中采用了三维VHF闪电探测系统LMS和Doppler天气雷达等探测设备。利用LMA系统对各种雷暴进行了进一步的观测研究，利用LMA观测资料对雷暴中的闪电特征及其与对流的相关性进行分析。