高层大气物理学（）是大气物理学的一个分支，主要研究中层与高层（平流层、中间层、热成层和磁层等）大气的成分和物理性质，分子离解和电离是该学科重要的部分。另外还研究臭氧层的分布与变化。高层大气物理学主要发展于20世纪和21世纪。「Aeronomy」这个词是于1946年在《自然》期刊中的发表的文章《Some Thoughts on Nomenclature》中首次提及。今日这项学科研究范围也包含了其他行星大气层的对应区域。高层大气物理学的相关研究必须透过气球、卫星和探空火箭以获得高层大气的有用资料。其他属于高层大气物理学的大气现象则是中高层大气闪电，例如红电光闪灵、精灵光晕、蓝色喷流和精灵。大气潮汐是将能量从高层大气送往低层的重要机制，也主导了中间层和较低热层的动力状态；因此，了解大气潮汐对于了解整个大气层状态是必须的。对于地球大气层的监测和预测变化必须要进行大气潮汐的模型建立和观测。中高层大气闪电或中高层大气放电是指一系列发生在高度高于寻常闪电以上区域的放电现象。这个用语现在主要是指在较高层大气层中发生的多种被称为「瞬态发光现象」（Transient Luminous Events，TLEs）的放电现象。瞬态发光现象包含红电光闪灵、精灵光晕（Sprite halos）、蓝色喷流（Blue jets）和精灵（Elves）。
高层大气物理学主要在什么时候发展？
20世纪和21世纪 20世纪和21世纪 20世纪和21世纪