Mục tiêu tổng quát nhằm phát triển mạng lưới trạm khí tượng thủy văn quốc gia từng bước hiện đại, đồng bộ, đạt trình độ ngang bằng với các nước phát triển trong khu vực châu Á và thế giới; có khả năng tích hợp, lồng ghép, kết nối, chia sẻ với mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia và mạng lưới trạm khí tượng thủy văn toàn cầu, hệ thống quan trắc chuyên dùng của các ngành, đáp ứng nhu cầu thông tin, dữ liệu, nâng cao chất lượng công tác dự báo, cảnh báo khí tượng thủy văn bảo đảm tính kịp thời, độ tin cậy.
Quy hoạch phấn đấu đến năm 2025, mật độ trạm bình quân trên toàn mạng lưới đạt mức ngang bằng với các nước phát triển khu vực Đông Nam Á (khí tượng bề mặt đạt 1.100 km2/trạm; trạm đo mưa độc lập 121 km2/trạm; bức xạ 21.000 km2/trạm; thủy văn 1.520 km2/trạm/lưu vực; hải văn 112 km/trạm dọc theo bờ biển, ra đa biển 250 km/trạm dọc theo bờ biển); tỷ lệ tự động hóa trên toàn mạng lưới trạm đạt trên 40% đối với trạm khí tượng bề mặt; 50% đối với trạm quan trắc mực nước; 100% đối với các trạm đo mưa độc lập; 20% đối với các trạm đo lưu lượng nước.
Đến năm 2030, mật độ bình quân trên toàn mạng lưới đạt mức ngang bằng với các nước phát triển khu vực châu Á (khí tượng bề mặt đạt 840 km2/trạm, đo mưa độc lập 80 km2/trạm, bức xạ 18.000 km2/trạm, thủy văn 650 km2/trạm/lưu vực, hải văn 70 km/trạm dọc theo bờ biển, ra đa biển 200 km/trạm dọc theo bờ biển, trạm phao 650km/trạm dọc theo bờ biển); tỷ lệ tự động hóa trên toàn mạng lưới trạm đạt trên 95% đối với các trạm khí tượng, trạm đo mực nước, đo mưa, đo gió trên cao, tối thiểu 40% đối với các trạm đo lưu lượng.
Đến năm 2050, mật độ trạm khí tượng thủy văn tự động ngang bằng với các nước phát triển trên thế giới.
Tầm nhìn đến năm 2050, mật độ trạm khí tượng thủy văn tự động ngang bằng với các nước phát triển trên thế giới với tổng số trạm khí tượng thủy văn đến năm 2050 là 5.886 trạm. Chuyển đổi hầu hết các trạm khí tượng thủy văn sang tự động hoàn toàn theo mô hình mạng lưới trạm khí tượng thủy văn hiện đại của các nước phát triển.
Cùng với đó, nghiên cứu và đưa vào thử nghiệm một số loại hình quan trắc mới: trạm quan trắc trên các phương tiện di động như máy bay trinh sát khí tượng, tàu biển, vệ tinh khí tượng và viễn thám, tên lửa khí tượng, thiết bị không người lái và các công nghệ, thiết bị quan trắc hiện đại khác.
Tổng số đến năm 2050 phát triển 5.886 trạm khí tượng thủy văn gồm các mạng lưới trạm thành phần sau: mạng lưới trạm khí tượng bề mặt; mạng lưới trạm khí tượng nông nghiệp; mạng lưới trạm đo mưa độc lập; mạng lưới trạm khí tượng trên cao; mạng lưới trạm ra đa thời tiết.
