Atmosfer bilimi, Dünya atmosferi ve içinde gerçekleşen fiziksel süreçlerinin incelenmesidir. Meteorolojinin kapsamında atmosferik kimya ve atmosfer fiziği bulunmasıyla beraber, ana odağı hava tahminidir. İklim bilimi, hem doğal hem de antropojenik iklim değişkenliği nedeniyle ortalama iklimleri ve bunların zaman içerisindeki değişimlerini tanımlayan atmosferik değişikliklerin (hem uzun hem de kısa vadeli) incelenmesidir. Aeronomi, ayrışma ve iyonlaşmanın önem arz ettiği atmosfer üst katmanlarının incelenmesidir. Atmosfer bilimi, gezegen bilimi alanına, güneş sistemindeki gezegenlerin ve doğal uyduların atmosferlerinin incelenmesine kadar genişletilmiştir.
Atmosfer biliminde kullanılan deneysel araçlar arasında uydular, sondaj roketleri, radyosondalar, hava gözlem balonları ve lazerler bulunur.
Aeroloji terimi (Yunanca ἀήρ, aēr, "hava" ve -λογία, -logia'dan) bazen Dünya atmosferinin incelenmesi için alternatif bir terim olarak kullanılır;[1] diğer tanımlarda aeroloji, serbest atmosferle, yani gezegen sınır tabakasının üzerindeki bölge ile sınırlıdır.[2]
Bu alandaki ilk öncüler arasında Léon Teisserenc de Bort ve Richard Assmann bulunmaktadır.[3]