通过利用流体流动方程、化学模型、辐射平衡以及大气和深层海洋的能量传输过程，模拟地球和其他行星的大气层。为了模拟天气系统，大气物理学家利用散射理论、波的传播模式、云物理、统计力学和空间统计学的原理，而这些原理是高度数学化和物理相关的。大气物理学与气象学和气候学都有密切联系，而且涵盖设计和建造用于研究大气的仪器，以及对它们——包括遥感仪器——提供的数据的解释。在英国，大气研究建基于气象局。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的各司监督研究项目和涉及大气物理的天气模拟。美国国家天文学和电离层中心还开展高层大气