大气边界层指的是自地面到大约1.5公里高的这一层。在大气边界层，大气受地表摩擦影响很大，产生各种尺度的湍流运动，大气运动特征与上面的自由大气运动特征有着显著的不同。大气边界层也是地表（海洋表面）与大气热量、水汽、动量相互交换的层次，大气污染物也主要存在于大气边界层。
本方向的研究主要集中在边界层大气湍流运动、地气系统通量交换、边界层污染的时空分布特征、沙尘暴监测、地表生态对区域气候的影响等。研究大气湍流发生的机理，大气边界层中的湍流特征和各物理量的湍流输送和扩散，气象要素的铅直分布及随时间的变化规律等，以及现有理论在农业气象、大气污染和扩散、大气边界层物理以及波动(光、声和电磁波)传播等方面的应用。
大气边界层和大气湍流研究方向对天气预报和气候理论的发展等问题具有重要意义，与国民经济、国防建设、大气污染和大气公害研究，农作物生长的气象条件研究等有密切关系。
大气边界层和大气湍流研究方向的教师包括：张宏升教授、辛国君副教授、梁福明讲师和李婧研究员等。
