А.Т.Болотов понимал, что нельзя серьезно заниматься исследовательской работой в естественных науках, не ведя аналитические наблюдения за природой. Он первый учёный в России, кто систематически в течении более полувека проводил фенологические наблюдения и собрал огромный материал о сезонном развитии природы в центральных губерниях России.

Толчок любви к природе дадут ему ещё в детстве две прочитанные книги немецкого философа И.Г.Зульцера. В дневник Болотов запишет: "...книжки сии были как фитили, воспалившим гнездившуюся в сердце моём охоту ко всем физическим и другим, так называемым естественным наукам" и заключит: "обе они маленькие книжки произвели во мне такое действие, которое простиралось на всё почти живота моего".

Посеянное в его душе зёрнышко потом разрастется, перейдет в неутомимую страсть служения природе, матушке-земле на всю его долгую жизнь. Анализируя связь между погодой, ростом и развитием растений, Болотов приходил к выводу, что всё взаимосвязано. Развитие одних древесных растений совпадает с началом земледельческих работ, зацветание других - указывает на то, что наступил срок посева овощей, полевых культур, работ в плодовом саду.

Как только зацветал орешник, Андрей Тимофеевич со своим садоводом и дворовыми из омшаника выставлял ульи на пасеке, приступал к обрезке плодовых деревьев, готовил огород для посева ранних овощей. Когда зацветала ива, он приступал к посеву моркови, лука, укропа, репы. С зацветанием сирени производил посев огурцов и высадку рассады (в горшочки) томатов.

Он отмечал, что раннее зацветание ольхи серой и орешника даёт предполагать, что в этом году в период цветения плодовых возможны заморозки. Готовил заранее кучи мусора для дымовых завес. Позднее зацветание указанных деревьев подсказывало на окончание заморозков до зацветания плодовых культур.

Отвечая как-то читателю своего журнала, он сообщал: "стал я искать в натуре примеры для для внешних прививок. Ничего способнейшего к тому я не нашёл, как-то, что рож начинает поспевать, потому что как в яблонях, так и во ржи действует та же природа и какое действие производят перемены погод в деревьях, такое натурально и во ржи...".

Болотов подсказывает, что летнее сокодвижение в яблонях продолжается 7-10 дней и за этим надо следить. "...С того времени принимались у меня прививки всегда наивожделенейшим образом, и я всякий год находил, что примета моя справедлива".

Читатель, делясь с Болотовым своим мнением о неудаче, писал, что от вашего ильина дня. Болотов ему отвечает: "Ведайте, государь мой, что от вашего ильина дня всего меньше зависит успех. Надобны другие предметы. Примечайте действия сока в ваших яблонях. А сок всего меньше имеет понятие о ильине дне и входит в яблони иногда гораздо ранее иногда позднее ильина дня".

Болотов вставал летом в начале четвертого часа, производил метеорологические наблюдения и записывал в "Книжку метеорологических замечаний". В ней ежедневно записывались данные погоды вчерашнего дня: температура воздуха, давление, направление и скорость ветра, состояние неба и особо при восходе и заходе солнца, он научился определять погоду по местным признакам.

Он также отмечал, когда была роса, туман и другие атмосферные явления, влияющие на рост и развитие растений.

В книге мемуаров Болотов пишет о 1770 годе: "Во всё течение лета происходили у нас странные погоды, соединенные с вредными упадающими на хлеб туманами и росами, отчего и урожай оным в сей год был очень плох...". Потом Болотов указывает на неоднократные зимние оттепели "...в декабре сошёл весь снег и на самый праздник Рождества Христова взломало уже в некоторых местах Оку-реку, что наделало не только великое помешательство и остановку во всех транспортах, но и погноило и перепортило всё и мясо, и причинило бесконечные убытки".

Регулярные метеорологические наблюдения Андрей Тимофеевич производил изо дня в день 52 года! Даже представить себе трудно, что это может сделать при жизни один человек. Подобного история не знала. Метеорологические и фенологические наблюдения он записывал и обобщал в своих журналах "Краткие метеорологические и натуралогические (природные) записки и примечания". В них таблицы ежедневных и месячных наблюдений. В примечаниях характеризуются фенологические явления не только растений, но и птиц, животных, рыб, насекомых. Делал сезонные регулярные агрометеорологические обзоры, в которых описывал, как росли полевые огородные и плодовоягодные культуры.

Это первые документы о многолетних агрометеорологических и фенологических наблюдениях в нашей стране. Болотов не является основоположником научной агрометеорологии, так как при его жизни не было ещё условий для создания такой науки, но он первый отечественный агрометеоролог.

Лишь спустя полвека после смерти Болотова выдающийся русский климатолог А.И.Воейков в 1884 году создает первую программу агрометеонаблюдений. Фенология - система знаний о сезонном развитии органической природы, обусловленной сменой времен года. Она имеет длительную историю развития. Основоположником отечественно феноогии следует считать Болотова.