天氣瓶的原理基於其內部化學物質隨溫度變化的反應。
天氣瓶中的主要成分包括樟腦、硝酸鉀、氯化銨和乙醇。在這些成分中，樟腦的溶解度會隨着溫度的變化而變化，硝酸鉀和氯化銨則提供晶核，供樟腦晶體生長。當溫度變化時，樟腦會在這些物質周圍析出並形成結晶。結晶的形態和大小取決於溫度變化的速率和程度，因此，通過觀察瓶內的結晶變化，可以大致判斷過去一段時間的溫度變化情況。
值得注意的是，天氣瓶的預測能力主要基於溫度變化，而與溼度和氣壓的變化關係不大。此外，雖然天氣瓶可以提供一箇定性的天氣預測，但它不能提供精確的天氣預報。