Un modèle météorologique numérique (NWP, Numerical Weather Prediction) est un système informatique divisant l'atmosphère en une grille tridimensionnelle et résolvant les équations de dynamique des fluides, thermodynamique et rayonnement pour chaque cellule en pas de temps successifs, simulant l'évolution future de l'état atmosphérique. C'est la base de la prévision météorologique moderne.
Les principaux modèles globaux sont : GFS (Global Forecast System, NOAA — résolution ~13 km), ECMWF/IFS (Centre européen, considéré comme le plus précis — résolution ~9 km), GEM (Canada) et ICON (DWD Allemagne). Il existe aussi des modèles à aire limitée de plus haute résolution : HARMONIE-AROME (AEMET, 2,5 km pour l'Espagne), AROME (Météo-France, 1,3 km) et HRRR (NOAA, 3 km pour les États-Unis). La résolution détermine quels phénomènes le modèle peut résoudre.
La prévision d'ensemble exécute de multiples simulations pour quantifier l'incertitude. La fiabilité diminue avec la portée temporelle : les prévisions à 1-3 jours sont très précises, à 5-7 jours utiles, et au-delà de 10 jours ne donnent que des tendances générales. Les satellites, radiosondes et radars fournissent les données d'entrée alimentant ces modèles.