大气科学是一门古老的学科。公元17世纪以前，人们对大气以及大气中各种现象的认识是经验性的。17至18世纪，随着数学、物理学、化学和力学的发展，以及测量气温、气压、风和湿度等仪器的发明，大气科学研究由定性描述进入了定量分析阶段。1835年提出的科里奥利力概念和1857年白贝罗提出的风和气压的关系，成为大气动力学和天气分析的基石。19 世纪90年代，由于物理学定律引入大气研究，大气科学从流体力学分离而成为一门独立的学科。20世纪20年代，基于气象观测建立了锋面、气旋和气团学说，为天气分析和预报奠定了 理论基础。20世纪30年代，无线电探空仪在大气探测中得到了广泛的应用，使人们对大气的认识扩展到四维空间，建立了大气长波理论。20世纪40年代，建立了大气准地转理论，该理论成为大气动力学理论的核心。

20世纪50年代以后，由于计算机的发明和现代大气探测手段的采用，大气科学的发展突飞猛进。计算机使大气科学进入了定量研究的新阶段。基于计算机对大气运动方程的求解，20 世纪60年代创立了大气混沌理论。大气混沌理论不仅为大气可预报性提供了理论基础，同时也推动了自然科学的其他相关学科向前发展。高性能计算机的发展，也使得数值模拟成为大气科学研究的重要手段。随着气象卫星、海洋卫星、多普勒雷达和飞机观测等多种探测手段的应用，获得了更高时间和空间分辨率的观测数据，大气科学从天气尺度系统的研究向更短和更长时间尺度大气系统延伸。一方面，数小时或更短时间尺度的强烈天气系统的研究受到极大的重 视；另一方面，月季尺度、年际尺度、年代际尺度甚至更长时间尺度的气候变化的研究也得到了快速发展。

20世纪70年代以来，大气科学的研究方法发生了革命性的变化。人们开始认识到，大气科学研究不能仅仅局限于大气层本身。大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈和生物圈构成了所谓的 “全球气候系统”，五个圈层的演变及其相互作用决定着气候的变化。“全球气候系统”的观点 为大气科学的研究带来了广阔的前景。特别是人们认识到大气的运动和变化不仅仅是一种自然过程，人类活动也会引起区域天气、气候和环境的变化。例如，南极臭氧洞的形成与人类生产和使用某些化学物质的结果有关；人类大量排放二氧化碳等温室气体与近百年来的全球气温升高和海平面上升密切相关。因此，近年来大气科学的研究范围在不断地扩展，除了进一步深入研究地球大气圈本身外，目前越来越多地涉及与地球系统其他圈层以及人类活动之间的相互作用，也涉及环境、经济、政治和外交等一系列问题。