该研究方向面向大气辐射理论和在此基础上发展起来的遥感理论、探测手段的研究。
大气辐射主要研究包括大气的吸收和散射、大气辐射对气候的影响等。太阳短波辐射在大气中传输时会被气体分子和其它大气粒子吸收和散射，而地球长波辐射除了被大气成分吸收和散射外，大气成分也同时发射长波辐射。这些物理过程对各种尺度的大气过程有决定性的作用，尤其对地球能量辐射平衡、地球气候系统有重要影响。因此，太阳短波辐射和地球长波辐射在大气中的传输过程是大气科学的一个重要研究领域。
大气遥感在大气吸收、发射、散射的研究基础上，根据大气辐射传输过程来反演大气状态以及各种气体或粒子的信息，通过地基、空基等遥感手段对地球物理参数实现反演。随着卫星遥感技术的高速发展，卫星遥感对天气监测、全球和区域大气污染监测、气候变化研究等发挥着越来越重要的作用。
本研究方向目前主要集中在大气气溶胶、气态污染物、水汽等遥感技术的研究以及遥感产品在天气监测、环境监测以及气候变化研究中的应用。
大气辐射与大气遥感研究方向的教师包括：赵柏林院士、李成才副教授、李万彪副教授、刘晓阳副教授、林金泰长聘副教授、李婧研究员、王美华高级工程师等。
