Фи́зика атмосфе́ры, совокупность научных направлений исследования атмосферы Земли и других планет физико-математическими методами. Изучает процессы и явления, происходящие в атмосфере, её структурные особенности, состав (а также его изменение) и свойства газов и аэрозольных примесей. Физика атмосферы включает следующие направления: динамику и термодинамику атмосферы, атмосферную оптику, физику облаков и атмосферного аэрозоля, исследование переноса излучения, турбулентности и распространения волн в атмосфере, взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью (океаном или сушей), изучение пограничного слоя атмосферы, физику ионосферы и атмосферного электричества.

Процессы переноса и трансформации солнечного излучения, а также теплового излучения атмосферы и подстилающей поверхности изучаются в рамках актинометрии в тесной связи с атмосферной оптикой и спектроскопией. Оптика атмосферы исследует эффекты, связанные с рассеянием, поглощением, преломлением, дифракцией и поляризацией солнечного излучения в атмосфере. Оптические и радиационные свойства атмосферы, например прозрачность и парниковые свойства, зависят от термодинамических характеристик атмосферных слоёв и их компонентов, в том числе водяного пара, атмосферного аэрозоля, малых газовых примесей. Радиационные потоки в атмосфере очень чувствительны к облачности, их изучение тесно связано с физикой облаков.

Термодинамика и динамика атмосферных процессов (геофизическая термо- и гидродинамика) связаны с неравномерным циклическим притоком солнечной радиации и, соответственно, с квазициклическим нагревом планеты, её вращением и стратификацией атмосферы. Это направление физики атмосферы исследует энергетику и общую циркуляцию атмосферы (с меридиональными ячейками, зональными течениями и разномасштабными структурными образованиями), вызываемую неоднородным распределением атмосферного давления на планете. Изучаются особенности сезонных процессов, например возникновение муссонов, обусловливаемых разной теплоёмкостью океанов/континентов и вариациями инсоляции.

Поскольку атмосфера Земли сильно стратифицирована, особо исследуются свойства её отдельных слоёв (тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы) и происходящие в них процессы. Выделяют также сравнительно однородную по составу атмосферу (гомосферу) и гетеросферу, в которой средняя молекулярная масса уменьшается с высотой. Отдельно рассматривают взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью. Особое значение имеет исследование озонового слоя и других радиационно-активных атмосферных компонентов; в этом случае учитывается взаимодействие термогидродинамических и химических процессов в атмосфере. Существенная особенность атмосферы Земли – наличие в мезосфере и термосфере слоёв, ионизованных потоками солнечного излучения и частиц, а также космическими лучами. Изучение этих слоёв (ионосферы) связано с исследованием земного магнетизма, солнечной активности и др.

В рамках динамики атмосферы исследуется формирование атмосферных образований разных масштабов, связанных с различными неустойчивостями в атмосфере (например, генерация циклонов и антициклонов). Особую роль в атмосфере Земли играет водяной пар, который среди прочего обеспечивает сильный парниковый эффект. Исследование переноса водяного пара в атмосфере, его конденсации и образования, формирования облаков и осадков чрезвычайно важно для понимания процессов, определяющих климат Земли. Большое значение имеет изучение атмосферного электричества (включающего процессы ионизации атмосферы), её электрической проводимости, объёмных зарядов, токов, грозовых разрядов и их связей с метеорологическими факторами.

Измерение физических параметров атмосферы (температуры, давления и др.), являющихся основными параметрами в метеорологии, ведётся с 17 в., изучение свойств атмосферного электричества – с 18 в. В 19 в. получены первые физико-математические оценки парникового эффекта. В 20 в. началось развитие методов зондирования (в том числе дистанционного) атмосферы, её спутниковые исследования, разработаны модели общей циркуляции атмосферы. К началу 21 в. большой прогресс достигнут в диагностике и моделировании климатических процессов; ключевую роль в этом играет физика атмосферы.

Результаты исследований по физике атмосферы публикуются в отечественных научных журналах: «Доклады РАН», «Известия РАН. Физика атмосферы и океана», «Метеорология и гидрология», «Геомагнетизм и аэрономия», «Оптика атмосферы и океана», «Исследование Земли из космоса» и др.