大气科学是对地球大气及其各种内部工作物理过程的研究。气象学包括大气化学和大气物理学，主要侧重于天气预报。气候学是对大气变化（长期和短期）的研究，这些变化定义了平均气候及其随时间的变化，由于自然和人为的气候变化。空气学是对大气层上层的研究，其中离解和电离很重要。大气科学已扩展到行星科学和对太阳系行星和天然卫星大气的研究。
大气科学中使用的实验仪器包括卫星、火箭探空仪、无线电探空仪、气象气球、雷达和激光。
大气化学
大气化学是大气科学的一个分支，研究地球大气和其他行星大气的化学。它是一个多学科研究领域，涉及环境化学、物理学、气象学、计算机建模、海洋学、地质学和火山学等学科。研究与气候学等其他研究领域的联系越来越紧密。
出于多种原因，大气的成分和化学成分很重要，但主要是因为大气与生物体之间的相互作用。人类活动已经改变了地球大气的组成，其中一些变化对人类健康、作物和生态系统有害。大气化学已经解决的问题包括酸雨、光化学烟雾和全球变暖。大气化学旨在了解这些问题的原因，并通过对这些问题的理论理解，测试可能的解决方案并评估政府政策变化的影响。
大气动力学
大气动力学是对具有气象重要性的运动系统的研究，综合了多个地点和时间的观测结果和理论。研究的常见主题包括雷暴、龙卷风、重力波、热带气旋、温带气旋、急流和全球环流等多种现象。动力学研究的目标是根据物理学的基本原理来解释观测到的环流。此类研究的目标包括改进天气预报，开发预测季节性和年际气候波动的方法，并了解人为干扰（例如，二氧化碳浓度增加或臭氧层消耗）对全球气候的影响。
大气物理学
大气物理学是物理学在大气研究中的应用。大气物理学家试图使用流体流动方程、化学模型、辐射平衡以及大气和底层海洋和陆地中的能量转移过程来模拟地球大气和其他行星的大气。为了模拟天气系统，大气物理学家采用散射理论、波传播模型、云物理学、统计力学和空间统计的元素，每一个都包含高水平的数学和物理。大气物理学与气象学和气候学有着密切的联系，还包括用于研究大气的仪器的设计和建造以及它们提供的数据的解释，包括遥感仪器。
地球磁场和太阳风与大气相互作用，形成电离层、范艾伦辐射带、大地流和辐射能。
气候学
与研究持续数周的短期天气系统的气象学不同，气候学研究这些系统的频率和趋势。它研究了数年来天气事件的周期性，以及与大气条件相关的长期平均天气模式的变化。从事气候学工作的气候学家研究气候的性质——本地、区域或全球——以及导致气候变化的自然或人为因素。气候学考虑过去，可以帮助预测未来的气候变化。
对气候感兴趣的现象包括大气边界层、环流模式、热传递（辐射、对流和潜热）、大气与海洋和地表之间的相互作用（特别是植被、土地利用和地形），以及大气的化学和物理成分。气氛。相关学科包括天体物理学、大气物理学、化学、生态学、自然地理学。,地质学,地球物理学,冰川学,水文学,海洋学, 和火山学。
空气学
航空学是对地球高层大气（平流层之上的大气层）和其他行星大气的相应区域的科学研究，其中整个大气可能对应于地球的高层大气或其中的一部分。作为大气化学和大气物理学的一个分支，航空学与气象学形成对比，后者侧重于平流层以下的大气层。在航空学家研究的大气区域中，化学离解和电离是重要的现象。
其他天体上的大气层
太阳系的所有行星都有大气层。这是因为它们的重力足以使气态粒子靠近地表。较大的气态巨行星的质量足以将大量轻质气体氢和氦保持在附近，而较小的行星则将这些气体丢失到太空中。地球大气层的成分与其他行星不同，因为地球上发生的各种生命过程都引入了游离分子氧。水星的大部分大气层已被太阳风吹走。唯一保持稠密大气层的卫星是泰坦。海卫一上有稀薄的大气层，月球上有一丝大气层。
行星大气受到从太阳或其内部接收到的不同程度能量的影响，导致形成动态天气系统，例如飓风（在地球上）、全球范围的沙尘暴（在火星上）、地球大小的反气旋在木星上（称为大红斑）和大气中的洞（在海王星上）。
