大气物理学是物理学于大气科学的应用。大气物理学家利用流体方程式、化学模型,并研究辐射收支以及大气中的能量转换(包含与其它系统间的关联,例如海洋),建立起地球及其他星球的大气模型。为了要建立起天气模型,大气物理学家使用一些与物理相关的数学理论,包含散射理论、波传递的模型、云物理学、统计物理学和空间分析。大气物理学不仅与气象学和气候学有紧密关系,更包含了研究大气所需要仪器的设计和制造,以及其数据的分析,像是遥测。在太空时代的来临及探空火箭的诞生后,高层大气物理学成为大气物理学的一个分支学科,主要研究高层大气分子的解离和游离。