大气科学的主要学科方向有：气象学、气候学、大气物理学与大气环境。

1.气象学  是研究大气运动的基本特征与基本规律的一门学科。它主要研究发生在大气中的各种天气现象及其演变规律、形成机理、预报的理论和方法、气候变化对天气的影响等。随着国民经济和科学技术的迅速发展，气象学在人类生产和生活中的巨大作用越来越显著，其涉及的领域也越来越宽广，它包括天气学、大气动力学、动力气象学、大气环流、中小尺度气象学、应用气象学、数值天气预报等。大气过程以及各类气象灾害直接影响人类的日常生活和生命安全以及各种社会经济活动。所以，正确认识大气变化过程的规律，不断提高预报能力，为防灾减灾服务是本学科的主要任务。

气象学的理论基础是天气学、动力气象学、大气环流理论，以及应用气象学的基本理论；研究方法主要是采用观测分析、理论研究、数值模拟等相结合的方法。在掌握上述理论和研究方法的基础上，通过研究和探索，揭示大气中各种天气现象的形成机制及其演变规律，对天气现象进行预报和作出预警。

气象学研究范围主要包括天气系统的观测、诊断、模拟、预测和理论研究；气候变化对天气的影响，中小尺度系统气象学，大气动力学，数值天气预报，灾害天气的机理研究及其观测方法和预警技术研究，雷达气象学，卫星气象学，以及气象学在其他领域的应用研究。

2.气候学  是研究从季节内、季节、年际到年代际或更长时间尺度的气候的时空特征、形成机理与变化规律及其预测的一门学科。现代气候学认为气候的自然变化是地球系统五大圈层（大气圈、岩石圈、水圈、冰雪圈、生物圈）相互作用的结果。气候学不仅研究气候系统的自然变化，也研究外强迫影响，特别是人类活动影响造成的气候变化。现代气候学研究的主要目的是认识各种时空尺度气候形成和演变机理，发展气候预测和气候变化预估的理论和方法，并探讨气候学在经济、社会等领域的应用。

气候学的理论基础是气象学、大气物理、大气化学、海洋学、生态学、地理学和水文学等；研究方法主要是采用观测数据分析、理论研究、数值模拟和实验研究相结合的方法。

气候学研究范围主要包括气候的时空特征，气候系统各圈层之间的相互作用，气候动力学，外强迫、特别是人类活动对气候变化的影响，极端气候事件，气候预测和气候变化预估, 以及气候学在社会、经济等领域的应用研究。

3.大气物理学与大气环境  以大气现象和过程的物理及化学性质及其演变规律为研究对象，应用物理学和化学的基本原理，结合大气探测技术和科学实验，研究大气中各种宏微观物理和化学过程及其相互作用，探讨大气中的各种物理现象以及大气成分的源与汇，及其在大气中输送、扩散、沉积和转化等物理、化学过程，揭示上述各种物理、化学过程与天气和气候的相互影响。

大气物理学与大气环境的理论基础是大气物理、大气化学、大气辐射、物理、化学等；在研究方法上，主要釆用理论分析、实验研究，以及数值模拟相结合的方法。

大气物理学与大气环境研究的主要内容包括：大气探测和大气遥感，大气辐射，大气声、光、电物理学，云雾降水物理和化学，大气边界层，大气湍流和扩散，大气化学，大气气溶胶和其他成分，大气污染和环境评价，近地层，平流层和中层大气物理和化学过程等。