大气动力学是动力气象学的分支学科，应用流体力学基本定律研究大气中的动力过程，核心围绕牛顿第二定律和质量守恒定律展开，其通过分析作用力与运动关系探索大气运动规律。研究对象涵盖天气动力学和气候动力学两大分支，涉及大气基本方程组、尺度分析及地转风理论等基础内容，利用罗斯比数、弗劳德数等参数量化不同尺度运动中惯性力与科里奥利力及浮力的作用强度。学科研究内容包括大气环流形成机制、波动理论及大气不稳定理论等方向，通过简化动力方程组区分主次因子并揭示物理过程。数值计算方法的发展推动其为数值天气预报和气候模式提供理论基础，相关方程被用于构建气象系统的偏微分方程并进行数值模拟。理论发展受数学物理基础突破的推动，郭晓岚1979年出版的《大气动力学》成为学科教材，其提出的积云对流参数化方案被纳入数值预报模式。John Green、Mankin Mak等学者所著的《Atmospheric dynamics》系列著作系统阐述流体力学应用及大气运动规律。

大气运动的形式是多种多样的，不同的运动形式有不同的特点，它们的差别，主要是由促使大气运动的作用力不同而造成的。这自然会影响到大气运动的水平尺度。根据水平尺度ι的大小，可粗略地把大气运动分成：大尺度运动（ι的量级约为103公里）,如大气的长波和超长波；中尺度运动（ι的量级约为102公里）,如台风、中尺度低压和气旋；小尺度运动(ι的量级约为10公里)，如雷暴和龙卷（见天气系统）。

大气运动的空间尺度不同，描写各种运动形式的动力方程组简化的形式也不同（见大气动力方程）。但一般说来，运动由其主要因子（基本力）所决定。因此，大气动力学的任务，首先是区分不同类型的大气运动的主要因子和次要因子，然后针对不同情况，将大气动力方程组，作合乎实际的简化，求出方程组的解。这些解反映了特定大气运动的基本状态，同时也清楚地反映了这些运动状态演变的物理过程。

地球大气的基本作用力，有重力、科里奥利力、气压梯度力和粘性力（摩擦力）。在不同尺度的大气运动中，由于作用力不同，其惯性加速度也不同。一般将空气水平运动的惯性力和科里奥利力的比值，定义为罗斯比数，它可表示为

式中ι为大气运动的水平特征尺度，u为水平风速特征尺度，f=2ωsinφ(ω为地球自转角速度，φ为纬度)为科里奥利参数。显然，ι越大，Ro 越小,科里奥利力的作用就越重要。中纬地区的大气运动，u≈ 10米/秒，f≈10-4秒-1。在大尺度运动的情形下,Ro 约为1/10，这说明惯性力比科里奥利力小得多，在最粗略的近似下可以略去。这样，气压梯度力将和科里奥利力平衡，而形成地转风。至于中尺度运动，Ro ≈1。可见，罗斯比数是描写大气水平运动特性的一个重要参数。

另一方面，把铅直方向的惯性力和阿基米德浮力之比定义为弗劳德数，即 ：这里w是大气运动铅直速度的特征尺度；孒 是大气的平均密度;x′是密度变化的特征量；g 是重力加速度；啛是大气标高（均质大气高度）,一般为8公里。当弗劳德数Fγ<<1时，运动是准静力的。倘若Fγ≥1,即w较大时,则运动将是非静力的。一般大尺度运动都是准静力的。

研究大气边界层的运动时，常引入埃克曼数，它定义为粘性力和科里奥利力之比，即

式中v是涡旋运动粘度。如果Ek<<1,粘滞力可以忽略不计；若Ek>>1,粘滞力的作用将显得很重要。一般在行星边界层中才需要考虑涡旋粘性对运动的影响。

随着近代数学和计算技术的发展，大气动力学的研究，已深入到更广泛的领域，成为天气学、气候学和数值天气预报的基础。