世界气象馆是世博园区内唯一的国际组织自建馆，也是世博会159年历史上出现的首个独立气象展馆。
世界气象馆的主题为“为了人民的平安和福祉”，这既是气象工作的目的和归宿，又与今年“3.23”世界气象日的主题“世界气象组织——致力于人类安全和福祉的六十年”遥相呼应，为上海世博会“城市，让生活更美好”的主题增添了新的诠释。
世界气象馆整个展示分为“序曲——拥抱自然”、“气候变化与城市的责任与机遇”、“ 天气、气候、水以及人民的平安和福祉”、“科技进步与社会责任”、“ 未来的预报与服务”、“回味与体会”6大章节。以“云中漫步”作为设计主线，通过结构紧凑的多媒体讲述“气象、城市、人”的故事，串起防灾减灾、应对气候变化等主题以及现代科技、精细服务、悠久历史等亮点。
在等候区，为了缓解参观者的等候焦躁，特别设置了三菱2×2 DLP拼接而成的一面100英寸大屏及两个电脑触屏，循环播放二十四节气科普片、世界天气奇观等科普宣传片。
稍后进入升空平台，升空平台外形模拟热气球，采用电梯形式，借助三菱8台5,000流明GX6400工程投影显示模拟从零海拔起飞缓慢升空、上下迂回的奇特旅程，令参观者感受高空俯瞰自然胜景和云海起伏的超凡体验。
走出平台，穿过气候变化长廊，进入4D影院。在此通过立体眼镜、制雪机、制雨机等辅助设施，参观者可会真实感受到高科技“风雨雷电”的撞击。
“小球大世界”是气象馆的一个精彩亮点，一个直径1.7米的碳纤维质地的球体，被吊挂在世界气象馆二楼半空中，通过四路SONY投影机投射影像实现无缝组合，动态变化显示着全球海温图、台风路径图等全景画面。同时展厅的周围一组大屏，播放着全球气象活动等系列短片。
世博气象台是气象馆另外一个可圈点之处。它不仅仅是一个展示，而是在世博期间真正业务化运转，现场为世博会提供及时、精确的气象预报和服务。气象主持人站在绿色背景虚拟演播区前播报天气，计算机将制作的虚拟天气场景与摄像机拍摄的主持人活动图像进行数字化实时合成，显示在三菱提供的2×3 DLP拼接大屏幕上，这就是我们通常在电视上看到的天气预报。另外，隔离台室内外的玻璃非同普通产品，而是一组触摸式通电玻璃。当玻璃通电后，则变为一块高清的显示屏，和展馆内其它三块屏幕形成中央影剧院形式，即时展现天气预报、气象服务的技术前景和体验，揭示了未来气象对生活的巨大影响。