大气光学是研究光通过大气时的吸收、散射、折射、反射、衍射、偏振等物理现象，以及利用这些物理现象来反演大气特性的一门光学学科分支。因为大气光学和许多光学工程的研制有密切的关系，所以它在国民经济和国防建设中都有重要作用。

大气光学研究的内容主要有大气中的光现象；能见度；天空背景；光在大气中的传输特性；光学大气探测等。

随着红外和激光技术的迅速发展，对大气光学的研究迅速开展起来，大气气体分子高分辨率吸收光谱、大气气溶胶光学特性、强湍流效应、云雾粒子的不同形状对散射特性的影响及其多次散射、激光和红外大气遥测等方面将成为这一时期大气光学的主要研究方向。