《汉书·五行志》共5章，约54000字。以 “水、火、木、金、土”五行及 “貌、言、视、听、思”五事和皇极等为纲，将灾祸祥异分为 “雨、阳、燠、寒、风、阴”及 “三光异”等7类阐述。第1章以 “天垂象、见吉凶”为主旨，强调了 《洪范》“木不直、火不炎上、土不稼穑，金不从革，水不润下”，则分别含有木冰（雨淞）、火灾、粮荒、兵灾、水灾，并历举了历史灾祸。
第2—4章按 《洪范》 “羞用五事”条，指出了“貌不恭，言不从，视不明，听不聪、思不睿”，将分别造成 “恒雨” （包括大雨、久雨、大水等）、“恒暘”（包括大旱、久旱、普旱、河川缺水等）、“恒燠”（包括冬温、冬雷、冬无冰、温燠生虫、冬桃李梅开花或结实、霜不杀草、枯树复生等）、“恒寒”（包括降雪、降雹、大寒、未当冰而冰、冻灾、陨霜杀五谷及桑等）、“恒风”（包括大风、久风、暴风、地震、山崩川竭等）。
还指出了“皇之不极”能产生“恒阴”（包括天阴不见日月、紫雾、尘云、有蜺等）。第5章以天文异象（如日食、日月乱行、日异色、星陨、孛彗现等）作为灾福之预兆，而日食现象之分类中，也附加有气象条件的。如“厥食先大雨三日，雨除而寒，寒即食”、“厥食四方有云、中央无云，其日大寒”、“厥食既，先雨雹杀走兽”，“厥食先大风，食时日居云中，四方无云”等，上述恒雨、恒暘、恒燠、恒寒、恒风、恒阴及天文异象，均有历史例子相附。
《五行志》从天人感应的角度把人事、气象与灾祸联系起来，有制衡君权的意味，虽充满迷信附会，然而却保留了一些古代
气象资料，以及古人的气象观，有一定参考价值，而且正由于《汉书》把《五行志》作为史志的一部分，中国历代正史方才有将气象灾害列为专志的良好传统，使中国气象灾害史料得以延续2000余年，这不能说不是《汉书·五行志》的开创之功。