采集氣象要素及大氣成分數據
中國氣象局環境氣象中心（以下簡稱環境氣象中心），主要承擔著國家級的環境氣象預報預警業務。
環境氣象中心副主任張恒德告訴記者，霧、霾及空氣污染氣象條件預報的制作，首先要從采集觀測數據入手。需要采集的數據主要包括常規氣象要素和大氣成分數據。
氣象要素包括溫度、濕度、降水、邊界層特征量、天氣現象實況演變及其他氣象參數，用以確定是否會出現霧、霾及沙塵天氣。對于環境氣象中心來說，這部分數據主要依靠各地氣象部門設置的氣象觀測站及衛星遙感采集，由氣象探測中心和國家衛星氣象中心給予支持。
至于大氣成分數據，則包括空氣質量指數（AQI）及PM10、PM2.5、PM1和其他氣態污染物等。目前，氣象部門在全國范圍內設置有百余個監測站，可以采集這類數據；此外，環境氣象中心還會從中國環境監測總站上獲取相關數據。
盡管觀測數據采集基本已經實現自動化，但在為重大活動進行精細化環境氣象服務時，氣象部門也會輔助以實地人工觀測等手段。
通過數值系統運算觀測數據
觀測數據采集到位后，就需要對數據進行分析。除了基本的氣象要素及大氣成分數據外，氣象專家還需要考慮高空大氣環流形勢變化、低層環流及溫度場、冷空氣活動及地面氣壓場變化等。根據相關影響因素，氣象專家會搭建運算模式，通過計算機上的數值預報系統得出結果。
目前，京津冀、長三角、珠三角分別成立的區域環境氣象預報預警中心都研發有霧、霾及空氣污染氣象條件的數值預報系統，而由中國氣象科學研究院自主研發的“中國霧霾數值預報系統”（CUACE）在環境氣象中心預報預警中承擔了重要職責。目前，該系統由中國氣象局數值預報中心負責運行和維護，由環境氣象中心進行具體應用。
CUACE系統有能力對氣溶膠、AQI、氣壓、風速、空氣濕度等實驗觀測數據進行合理運算，而包括輻射、季風、氣候模式等因素亦會被考慮進去。
研發模式的難度很大，它是對氣象模式和大氣化學模式在線耦合。但凡一個細節出現問題，結果就會出現很大偏差。從效果來看，CUACE輸出的數值預報產品能較好把握霧-霾變化趨勢。
觀測數據“進入”數值預報系統之后，不會自己變成預報產品。預報員要根據側重點不同，將計算機運算的客觀結果，分別制作成霧、霾、空氣污染氣象條件等不同預報產品。
那么，這些預報產品有什么區別？通俗來講，霧、霾預報側重于該天氣現象何時出現、程度如何、持續時間多久；空氣污染氣象條件則是對污染物的稀釋、擴散、聚積和清除能力如何的判定。
會商后修訂預報結論
盡管計算機運算速度比人腦快，但預報員長期積累的經驗在準確制作霧、霾及空氣污染氣象條件預報的過程中，也會起到重要作用。
張恒德介紹，預報員首先要在客觀預報的基礎上，根據發生霧、霾及空氣污染地區的具體情況進一步進行研判、訂正，制作出預報產品。當過程比較復雜時，他們還要拿著預報產品與首席預報員進行討論，將出現差錯的可能性降到最低。此外，加強會商也是提高霧、霾及空氣污染氣象條件預報準確率的有效手段。霧、霾一旦出現，往往影響不止一個省份，要想準確判斷其發展趨勢，需要受影響區域的氣象部門相互印證和比對各自的預報結論。
11月28日，當模式運算結果傾向北京地區霧-霾過程會隨29日的冷空氣過程減弱時，基于會商討論，預報員判斷出大氣污染物濃度會在短時間內降低后再次飆升。
當出現重污染天氣時，氣象與環保部門的會商也很關鍵。環保部門關于污染物排放情況以及大氣成分的化學分析，對氣象部門做好預報很關鍵。在2013年11月中國氣象局和環境保護部簽署合作協議后，每當京津冀地區可能出現重污染天氣時，氣象與環保部門就會進行會商，并根據會商情況，提前3天發出重污染天氣預警。
當預報結論“塵埃落定”后，相關預報產品才會對外發布。
對于一些公眾曾抱怨霧、霾區域及消散時間預報不夠準確，張恒德說，霧-霾發生機理非常復雜，有些問題至今仍未研究清楚。在預報過程中，細微參數變化都會導致結果偏差，從而使預報結論的精細程度與公眾預判有所偏差。同時，霧、霾，尤其是霾，已不單純是天氣現象，人為活動對其影響較大，要想做好預報，需要掌握更為準確的污染源清單。
同時，他坦言，受觀測資料、模式偏差、對霧-霾機理認識不足以及特殊地理環境等因素的影響，霧、霾強度的預報難度的確較大，而且預報產品的精細化程度與公眾的預期存在差距。未來，氣象部門除了著力提高霧、霾和空氣污染氣象條件預報的準確率、精細程度，延長預報時效以外，還會加強影響預報、風險預報等工作。