國家氣象中心（中央氣象臺）是科技型的社會基礎性公益事業單位，其主要職責是：
1.牽頭組織天氣業務、生態與農業氣象業務系統設計、業務科研項目的組織實施、業務規範和標準的制定。
2.承擔全國及世界主要區域範圍的天氣監測和預報，承擔我國及所屬責任海區的災害性天氣警報。
3.承擔全國及世界主要區域範圍的海洋、全國的交通、水文與地質災害、環境與健康、能源等專業氣象預報業務。
4.承擔全國及世界主要區域範圍的生態與農業氣象及相關災害的監測、預測、預警和評估，為國家糧食安全和生態建設與保護提供氣象保障。
5.承擔天氣、生態與農業氣象的公***氣象服務任務，歸口向中央（全國性）媒體發布公眾氣象服務信息，歸口為黨中央、國務院及相關部門提供綜合決策氣象服務。
6.負責氣象災害監測，氣象及衍生災害的災情收集和評估，承擔重大氣象災害的應急保障服務任務。
7.依托基本氣象業務，開展面向各類專業用戶的氣象科技服務。
8.負責數值預報業務系統的開發、改進、升級和運行維護及模式的檢驗評估，數值預報產品的解釋應用。
9.承擔對下級氣象臺站的相關業務技術指導任務。
10.依靠科技創新，開展數值預報、天氣、生態與農業氣象等領域的應用研究和技術開發。
11.承擔WMO區域專業氣象中心（RSMC）和環境緊急響應中心（EERC）的任務；承擔THORPEX亞洲TIGGE中心的任務。
12.負責本單位的人、財、物等行政管理和黨務工作。
13.受委托承擔國家氣候中心、國家氣象信息中心的會計核算等任務。
14.完成中國氣象局交辦的其他任務。
國家氣象中心承擔管理職能的處級機構包括：辦公室、業務科技處、人事教育處、計劃財務處和黨委辦公室。承擔基本業務職能的處級機構包括：天氣預報與環境氣象室、數值預報室、氣象科技服務中心、應用氣象室、農業與生態氣象室、臺風與海洋氣象預報室、中國氣象局氣象決策服務中心、人工影響天氣服務室和預報系統實驗室，以及承擔科技服務的機構：北京維艾思氣象信息科技有限公司。