La ciencia atmosférica es el estudio de la atmósfera terrestre, sus procesos, los efectos que otros sistemas tienen en la atmósfera y los efectos de la atmósfera en estos otros sistemas. La meteorología incluye la química atmosférica y la física atmosférica con un enfoque importante en el pronóstico del tiempo. La climatología es el estudio de los cambios atmosféricos que definen los climas promedio y su cambio en el tiempo, debido a la variabilidad climática tanto natural como antropogénica. La aeronomía es el estudio de las capas superiores de la atmósfera, donde la disociación y la ionización son importantes. La ciencia atmosférica se ha extendido al campo de la ciencia planetaria y al estudio de las atmósferas de los planetas y satélites naturales del sistema solar.
Los instrumentos experimentales utilizados en la ciencia atmosférica incluyen satélites, cohete sonda, radiosondas, globos meteorológicos y láseres.
El término aerología se usa a veces como un término alternativo para el estudio de la atmósfera de la Tierra; en otras definiciones, la aerología está restringida a la atmósfera libre, la región sobre la capa límite planetaria.