La distance jusqu'à laquelle un observateur situé près du sol ou de la mer peut voir et identifier un objet dans une direction donnée de l' atmosphère , à un instant et en un lieu déterminés, est une grandeur que l'on peut mesurer en mètres ou kilomètres, en milles , en pieds, ou encore suivant une échelle , et que l'on appelle la visibilité en ce lieu et à cet instant dans la direction choisie. La connaissance d'une telle grandeur est d'une évidente utilité dans bien des domaines, à commencer par les transports, où son usage, primordial en météorologie aéronautique , est important aussi en météorologie marine , dans la circulation routière, etc. On peut d'emblée supputer qu'elle est étroitement liée aux conditions météorologiques, qui déterminent la transparence de la portion d'atmosphère observée, c'est-à-dire son aptitude à se laisser traverser par une fraction plus ou moins grande des flux de rayonnement visibles qui y ont pénétré sans que ceux-ci y aient subi de réflexions , de rétrodiffusions ou d' absorptions empêchant leur parcours d'atteindre le lieu d' observation ; la transparence, déjà limitée par la diffusion et l' absorption dans l' air sec , se trouve amoindrie par la présence de nuages à la verticale , par celle de nappes de brouillard ou de brume à l'horizontale et, dans toutes les directions, par la chute de précipitations , par l'existence de poussières, de sables, de brumes sèches et d' aérosols solides ou liquides et par l'absorption due à la vapeur d'eau et à certains polluants gazeux : la visibilité, en tant qu'évaluation empirique de la transparence, permet alors d'apprécier la "pureté" (optique) de l' air au lieu et à l'instant considérés. Plus l'air est sec, turbulent et (chimiquement) pur, plus grande y sera la transparence et donc la visibilité.

Celle-ci peut n'être mesurée que sur la même verticale que l'observateur (vers le haut ou vers le bas) : il s'agit alors de la visibilité verticale . En l'absence de brouillard, un paramètre plus utile que cette dernière au sol est, surtout en météorologie aéronautique, la hauteur de la base des nuages de la couche la plus basse associée à une nébulosité donnée : cette hauteur est mesurée par des instruments appelés télémètres de nuages ou célomètres (la nuit, ils peuvent être de simples projecteurs) ; en particulier, la hauteur à partir de laquelle la nébulosité atteint la moitié au moins de la voûte céleste détermine le plafond au-dessus du lieu d'observation.

En l'absence d'autre précision, la "visibilité" que l'on mesure est implicitement la visibilité horizontale , distance maximale à laquelle un observateur peut voir et identifier un objet situé à proximité du plan horizontal sur lequel il se trouve lui-même (quand on se réfère aux objets situés ailleurs que sur le plan horizontal et la verticale qui passent par le lieu d'observation, on évalue par définition la visibilité oblique ). Cette visibilité horizontale est en réalité délicate à définir et mesurer, car elle met en jeu certaines propriétés physiques et physiologiques de l'œil humain, étudiées par la science de la photométrie, et qui modulent l'influence du flux de rayonnement en provenance de l'arrière-plan et celle du contraste entre l'objet et cet arrière-plan : en principe, il faudrait au moins évaluer la visibilité d'un objet noir de dimensions appropriées, sur fond de ciel ou de brouillard, et supposer lors d'une mesure nocturne que l'objet est observé comme si l' éclairement général augmentait jusqu'à atteindre l'intensité normale de la lumière du jour ; en pratique, la visibilité peut être mesurée autour d'une station météorologique en effectuant les observations sur divers repères — bâtiments, collines, rideaux d'arbres, etc. — dont les distances à la station sont connues et en moyennant les résultats ainsi obtenus dans plusieurs directions, tandis que de nuit l'on mesure la distance jusqu'à laquelle peuvent être vues et identifiées des sources lumineuses d'intensité modérée. Cependant, les mesures plus précises ou plus spécialisées doivent faire appel à des instruments déjà évolués.