60年代采用多普勒技術，氣象多普勒雷達具有定量探測大氣流場結構的能力。常規雷達的數字顯示和彩色顯示也相繼出現。
70年代，除了多部多普勒雷達聯合使用外，還相繼研制出大功率、高靈敏度的VHF、UHF多普勒雷達和具有多普勒性能的高分辨率FM連續波雷達。在雷達結構上，廣泛采用集成電路，配備小型或微型計算機，使氣象雷達能夠對探測數據進行實時數字化處理和數字化遠距離傳輸；有些天氣雷達可以由電子計算機按照預先編好的程序進行操作和觀測，並逐漸發展成自動觀測網。
80年代以後，在多普勒雷達的基礎上，美國科羅拉多州立大學電子工程系教授提出了極化天氣雷達的設想，為大氣雷達探測和氣象數據分析提供了更先進的平臺。偏振多普勒雷達的參數為分析雨滴等降水信息的分布和降雨形狀的分布提供了更準確的信息。科羅拉多州立大學的CSU-CHILL雷達也是世界上最先進的氣象雷達。CSU-CHILL是美國的國家天氣雷達設備，由NSF資助，由科羅拉多州立大學管理。