Атмосфера - це об'єкт вивчення метеорології, кліматології, аерономії, синоптичної метеорології.

Метеорологія - це наука про фізичні явища і процеси в атмосфері, їх взаємодію з земною поверхнею та космічним середовищем /грец. "метеор” -небесне явище, грец. "логос”-вивчення, пізнання/.

Кліматологія - наука про клімат, тобто сукупність атмосферних умов, притаманних тому чи іншому району залежно від його географічних факторів. Це географічна наука, а метеорологія належить до геофізичних наук

Аерономія - це вивчення процесів у високих шарах атмосфери або фізика верхньої атмосфери.

Синоптична метеорологія вивчає закономірності формування і змін . погоди на великих територіях і методи завбачення погоди. Погода - це стан атмосфери біля земної поверхні та прилеглих більш високих шарів. Вона характеризується такими метеорологічними показниками, як температура повітря, хмарність, атмосферні опади, вітер, тиск, вологість повітря, тощо.

В атмосфері відбуваються кліматичні процеси - теплообіг, вологообіг і атмосферна циркуляція, які розглядаються в даному розділі далі.

Для вивчення атмосферних процесів і явищ проводять спостереження та виміри. Зібрані матеріали узагальнюють і аналізують для виявлення закономірностей розвитку атмосферних процесів, які використовуються для розв'язання практичних задач, найважливішою з яких є передбачення погоди.

Методи дослідження в метеорології поступово вдосконалювались. На початку переважали візуальні спостереження та епізодичні вимірювання деяких величин біля земної поверхні.

У ХУП ст. винайдені перші метеорологічні прилади /Галілеєм та його учнями/. Інструментальні спостереження почалися з кінця ХУП і початку ХУШ століть в деяких пунктах Європи і на морських маршрутах.

З приватної ініціативи в другій половині ХУШ ст. була організована міжнародна сітка метеорологічних станцій в Європі. Результати її спостережень за 12 років були опубліковані.

У XIX ст. виникають перші державні сітки станцій. Г.В.Брандес складає в Німеччині перші синоптичні карти, а О.Гумбольдт закладає основи кліматології. Після винаходу телеграфу в 50—х роках розвивається синоптичний метод досліджень і виникає служба погоди та синоптична метеорологія. Це дало можливість вивчати процеси великого масштабу з урахуванням впливу різних фізико географічних умов. Організовуються перші метеорологічні інститути, розвивається динамічна метеорологія, яка використовує закони гідромеханіки і термодинаміки при дослідженнях атмосферних процесів.

У XX ст. починається дослідження атмосфери за допомогою радіозондів, літаків, аеростатів, ракет, штучних супутників Землі та різноманітних радіотехнічних засобів.

В останні десятиріччя розвиваються експериментальні методи, особливо для вивчення хмар і туманів, оптичних і електричних явищ. При дослідженнях атмосфери широко використовуються математика і сучасна обчислювальна техніка. Проводяться експерименти активного втручання в атмосферні процеси з метою управління явищами погоди, особливо багато спроб впливу на хмари та тумани.

Дуже поширився дистанційний метод зондування атмосфери, суть якого полягає у знанні закономірностей проходження електромагнітних і звукових хвиль через атмосферні неоднорідності. Зондування здійснюється за допомогою ракет-гранат, лазерів і прожекторів, радіолокаторів.

Новим технічним засобом отримання метеорологічної інформації з території всієї земної кулі є штучні супутники Землі /ШСЗ/, минивэн такси москва, які вперше були запущені в СРСР. Супутники дозволяють дуже швидко прозондувати стан атмосфери, поверхню океану і суші. Кількість інформації, яку дають супутники, величезна. Наприклад, за добу два супутники системи "Метеор" передають таку саму кількість інформації, яка надходить за півроку зі всіх наземних метеостанцій світу. Всю супутникову інформацію можна швидко обробити лише за допомогою ЕОМ /електронно-обчислювальних машин/. У першу чергу ці результати використовують для аналізу і прогнозу погоди. Переробку метеоінформації здійснюють Гідрометеоцентр та науково-дослідний інститут з вивчення природних ресурсів у Москві та регіональні гідрометеоцентри у Новосибірську, Ташкенті, Хабаровську і. Мінську.

 Найкращі зіставлення і порівняння проводяться за допомогою карт. Серії  синоптичних карт відображають стан атмосфери і атмосферні процеси на великих територіях на момент часу. Результати синоптичної обробки багаторічних спостережень показують на кліматичних картах /карти розподілу температур і опадів, карти розподілу тиску і переважаючих вітрів, карти висоти і тривалості залягання снігового покриву та ін./.

У всіх країнах світу є спеціальні державні організації гідрометеослужби, до складу яких входять сітки метеостанцій і гідрометеопостів на суші і на кораблях, літаках, плаваючих кригах, а також наукові метеорологічні установи і обсерваторії та численні бюро прогнозів погоди.

При 00Н існує Всесвітня метеорологічна організація з Всесвітньою службою погоди, яка має три світових метеорологічних центри - Москва, Вашингтон та Мельбурн. Вона розробляє програми досліджень глобальних атмосферних процесів, в яких беруть участь різні країни. Нині проведено велику кількість комплексних досліджень зусиллями багатьох країн. Це міжнародні проекти: ПДГАП - програма досліджень глобальних атмосферних процесів. МОНЕКС - Мусонна підпрограма, ПОЛЕКС - Полярний експеримент, ТРОПЕКС - Тропічний експеримент та ін.

На наземних метеостанцію всього світу проводять синхронні спостереження через кожні 3 години за єдиним грінвицьким часом. Результати передаються по телефону, телеграфу чи радіозв'язку в центри служби погоди для складання синоптичних карт.

На метеостанціях основного типу спостерігаються наступні метеоелементи: температура повітря на висоті 2 м над земною поверхнею, атмосферний тиск; вологість повітря /пружність водяної пари і відносна вологість/; вітер на висоті 10—12 м /швидкість і напрям/; хмарність /ступінь покриття неба, типи хмар, висота, швидкість і напрям руху/; кількість опадів та їх типи; наявність та інтенсивність туманів та опадів, які утворюються на земній поверхні /роса, іней, ожеледиця тощо/; горизонтальна видимість.