大气物理学

辐射

大气物理学家通常将辐射分成太阳辐射和地球辐射（包含地表和大气的辐射）。
太阳辐射包含了辐射的所有波段。可见光波长是在0.4到0.7微米之间。 波长更短的波段称为紫外线波段，而波长更长的波段称为红外线波段。 臭氧在紫外线波段的0.25微米波长附近吸收效率最高， 这导致了平流层温度的增加。雪反射了大约88%的紫外光，而砂粒约反射了12%，水则仅仅只反射了4%的紫外光。而随着太阳光入射大气层的角度减小，能量愈容易被大气层反射或吸收。
因为地球的表面温度远比太阳低，地球辐射的波长远比太阳辐射波长长。地球会辐射出各种波段的辐射，其分布遵守普朗克定律。而地球辐射能量的最大值大概在波长10微米左右。

云物理学

云物理学是一个研究云形成、成长和凝结所伴随之物理现象的一门学科。云通常是由微小的水滴（暖云），或微小的冰晶（冷云）所组成，亦或两者都有（混合云）。在适合的条件下，小水滴互相碰撞而形成水滴产生降雨到地球表面上。
虽然科学家对于云形成和成长的详细过程还没有很了解，但大气学家们已经发展了一些描述个别水滴的微观物理理论来解释云的结构，而雷达和人造卫星技术的进步也使得我们能够精确研究大尺度的云。

大气电学

大气电学研究的是地球大气或其他行星大气中的静电学和电动力学。地球表面、游离层和大气层共同组成了“全球大气电路”。
闪电会释放出30000安培的电流，其电压差高达1亿伏特，并放出光、无线电波、X射线或甚至γ射线。闪电所产生的等离子温度可高达28000K，而电子数密度也超过10²⁴/m³。

高层大气物理学

高层大气物理学研究的是高层大气，在那里分子的解离和游离变得非常重要。高层大气物理学这个词（aeronomy）是在1960年被雪梨·查普曼所提出的。 如今这个词包含了研究其它行星高层大气的现象。高层大气物理学的研究需要利用到探空气球，人造卫星和探空火箭。它们提供了对研究高层大气极有价值的观测数据。大气潮汐也在上下层大气的交互作用中扮演着重要的角色。高层大气物理学研究的现象有中高层大气放电，像是会放出闪光的红色精灵、精灵晕盘、蓝色喷流和淘气精灵。

研究中心

台湾的大气研究中心除了中央气象局之外，还有台湾台风洪水研究中心，及各大学的大气系。在英国，主要的大气研究单位有英国气象局、自然环境研究委员会和科学及科技研究委员会。  美国国家海洋暨大气总署（NOAA）下的机构也有许多包含大气物理的研究计划和天气建模。美国的阿雷西博天文台也研究高层大气。比利时的比利时太空暨高层大气机构也研究大气和外太空。