世界气象馆占地面积为2000平方米，展馆似“云中水滴”，由四个扁圆球体结合而成，形如云状。场地周边为浅水池，建筑“漂浮”在水池中央。建筑设计充分融入了节能减排理念，采用的材料可全部回收再利用。外层膜结构和雾状喷泉设计可以起到降温、节能、环保的作用，堪称“会呼吸的皮肤”。

　　建筑外观从气象概念出发，以“云”为构思的基本出发点。以四个大小各异、方向不同的白色的扁圆球体相结合，形成的组合体从各个角度看很容易让人联想到一朵云。亮白色的膜结构造整个建筑外形，简单轻便，节省材料，符合临时建筑定位，又有展览建筑需要的亮丽外观。膜布上均匀布满点，当喷雾都开启时候，整个建筑呈现一团云雾的效果，如果阳光高度角小于42度，在中间步行广场上的观展游客，面向气象馆，还可能看到包围建筑的彩虹。

　　世界气象组织、地球观测组织、欧洲气象卫星应用组织共同参与了世界气象馆的设计布展工作。在气象馆中，游客可体验“气候变化长廊”，体验球幕4D电影，“小球大世界”、“全球综合观测系统演示”、“气象卫星模型展示”等展项。气象馆将以树立世界气象组织、中国气象局致力于提高气象防灾能力和积极应对气候变化，努力促进人与自然的和谐的能力和贡献为主要形象的展览主线，用展馆主题“为了人民的平安和福祉”来契合2010年上海世博会“城市，让生活更美好”的主题。

　　当观众来到4D影院时，感觉将如同站在云顶，观看水滴如何演化为云、雾、台风、雷电、彩虹等，通过视觉、听觉、触觉多种感受，体验到前所未有的气象奇景。世博气象馆内还建有一个“世博气象台”，这个气象台是世界气象组织的“多灾种早期预警系统”示范项目成果的应用，参观者可以亲身体会这种“多灾种早期预警理念”将给城市防灾减灾带来新的促进，因为它不仅是一个生动的展品，更将在世博期间真正业务化运转，现场为世博会提供及时、精细的气象预报和服务。

　　气候变化长廊以“全球气候变化与城市的责任”为主线，参观者可以详细了解到全球气候变化给城市、给人们的生活带来的巨大影响和危害，通过模拟未来气候变化可能导致的灾难，给参观者以心灵的震撼。从而向参观者推荐和倡导一种健康绿色的城市生活方式，呼吁参观者从身边小事做起，节能减排，共同应对气候变化。

　　参观者还可乘“热气球”云中漫步展馆内，两个虚拟卡通导游“云宝宝”蓝蓝和朵朵将带领观众搭乘“热气球”，从零海拔起飞缓慢升空，上下迂回，在“热气球”中饱览全世界的气象奇观。在“热气球之旅”的最后，观众可以透过玻璃看到世博气象台的日常运作。如果恰巧赶上世界气象馆日，观众还能目睹来自世界各国著名气象主持人的风采。