大氣科學是研究地球大氣層及其內部各種物理過程的學科。 氣象學包括大氣化學和大氣物理學，主要側重于天氣預報。 氣候學是對大氣變化（長期和短期）的研究，這些變化定義了平均氣候及其由于自然和人為氣候變化而隨時間發生的變化。 大氣學是對大氣上層的研究，其中離解和電離很重要。 xxx氣科學已擴展到行星科學領域和對太陽系行星和天然衛星大氣層的研究。

大氣科學中使用的實驗儀器包括衛星、火箭探空儀、無線電探空儀、氣象氣球、雷達和激光器。

大氣學一詞（源自希臘語 ??ρ，aēr，空氣；和 -λογ?α，-logia）有時用作研究地球大氣層的替代術語； 在其他定義中，氣象學僅限于自由大氣，即行星邊界層以上的區域。

大氣化學是大氣科學的一個分支，研究地球大氣層和其他行星大氣層的化學性質。 它是一個多學科研究領域，涉及環境化學、物理學、氣象學、計算機建模、海洋學、地質學和火山學等學科。 研究與氣候學等其他研究領域的聯系越來越緊密。

大氣的成分和化學成分很重要，原因有幾個，但主要是因為大氣與生物體之間的相互作用。 人類活動改變了地球大氣層的成分，其中一些變化對人類健康、農作物和生態系統有害。 大氣化學已經解決的問題的例子包括酸雨、光化學煙霧和全球變暖。 大氣化學試圖了解這些問題的原因，并通過對它們的理論理解，測試可能的解決方案并評估政府政策變化的影響。

大氣動力學是對具有氣象重要性的運動系統的研究，綜合了多個地點和時間的觀測和理論。 研究的共同主題包括各種現象，例如雷暴、龍卷風、重力波、熱帶氣旋、溫帶氣旋、急流和全球范圍的環流。 動力學研究的目標是根據物理學的基本原理解釋觀察到的環流。 此類研究的目標包括改進天氣預報、開發預測季節性和年際氣候波動的方法，以及了解人為擾動（例如二氧化碳濃度增加或臭氧層消耗）對全球氣候的影響。

大氣物理學是物理學在大氣研究中的應用。 大氣物理學家試圖使用流體流動方程、化學模型、輻射平衡以及大氣和底層海洋和陸地中的能量轉移過程來模擬地球大氣和其他行星的大氣。 為了模擬天氣系統，大氣物理學家采用了散射理論、波傳播模型、云物理學、統計力學和空間統計學的要素，每一個都結合了高水平的數學和物理學。 大氣物理學與氣象學和氣候學有著密切的聯系，還包括研究大氣的儀器的設計和構造以及它們提供的數據的解釋，包括遙感儀器。

在英國，大氣研究得到氣象局的支持。 美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 的各個部門負責監督涉及大氣物理學的研究項目和天氣建模。 美國國家天文學和電離層中心也對高層大氣進行研究。

地球磁場和太陽風與大氣相互作用，形成電離層、范艾倫輻射帶、大地電流和輻射能。

與研究持續數周的短期天氣系統的氣象學相反，氣候學研究這些系統的頻率和趨勢。 它研究了數年至數千年天氣事件的周期性，以及與大氣條件相關的長期平均天氣模式的變化。 從事氣候學研究的氣候學家既研究當地、區域或全球氣候的性質，也研究導致氣候變化的自然或人為因素。