云物理最初研究大气中水汽的微观三相变化过程,也就是从水汽带凝结成云滴，经过碰撞增长到雨滴或冰晶粒子，再到形成降水的过程。目前，云物理研究更关注云雨人类活动产生的气溶胶粒子与云和降水之间的关系，因为人类排放的气溶胶在水汽转化成云的过程起着凝结核的作用。云辐射效应的不确定性是造成气候预测不确定性的重要因素。大气成分涉及复杂的化学、生物过程，也与人类活动有密切的关系。随着工业化和经济的发展，人类排放的氮氧化物、硫化物以及有机气溶胶通过光化学反应增加对流层臭氧浓度，这些都将造成大气污染。我国目前频繁出现的灰霾天气既涉及物理过程，也与化学过程密切相关。
本方向的研究包括：外场灰霾观测、各种污染物监测、污染输送、云模拟等。研究云和降水的形成和发展过程，包括对云的宏观和微观特征，相变热力学和核化理论，大气气溶胶和云的相互作用研究，云微物理学，云动力学和数值模拟等；研究降水的化学问题及酸雨的形成和机制；研究大气组成和大气化学过程，包括平流层化学、对流层化学、气溶胶与痕量气体污染物的输送、转化和清除以及地面和空间监测技术等。
该研究方向对大气环境研究、人工影响天气、天气预报和气候变化的研究具有重要意义。
云物理与大气化学方向的教师包括：赵春生教授、薛惠文教授、傅宗玫长聘副教授、林金泰长聘副教授和张霖长聘副教授。
