总述研究光通过大气时和大气的相互作用以及由此产生的各种大气光象的一门学科。大气物理学的一个分支。某些大气光象常常是天气现象的前兆。对虹、晕、宝光环、海市蜃楼等大气光象，中国古代都有观测和解释。作为现代科学的大气光学的研究和发展，则与光学研究的进展有着密切的联系。19世纪末和20世纪初，英国科学家J.W.S.瑞利和德国科学家G.米分别建立了散射理论，解释了许多大气光象。20世纪60年代激光的出现，使光学大气遥感得到迅速的发展。卫星遥感技术的应用也对大气光学的研究提出新的要求，这些都促进了近代大气光学的发展。大气光学的研究内容包括：基本规律的研究，如大气散射和折射；大气光学特性的研究，如大气消光、大气吸收、大气能见度和天空亮度等；大气光象的研究，包括朝晚霞、曙暮光、天空色彩等大气光象及虹、晕、华等云中光象。
研究发展大气光学的研究发展和物理光学的进展有着密切的关系。19世纪，英国科学家瑞利用分子散射的理论首先解释了天空的蓝色。20世纪初，德国科学家G.Mie又进一步解决了球状粒子散射问题。这两个理论使我们能够解释许多大气光象，并加强了大气光学与大气辐射、大气要干等分支学科的关系。
大气光学的研究可以从两个角度出发：
1、把大气看做一种连续介质，由于光速随介质的密度而变，因此发生光的折射、反射现象。
2、把大气看做由空气分子、气溶胶粒子组成的混合物，集中研究由于这些例子对光的散射和吸收所引起的各种光学现象。
实际上，大气是一种湍流介质，当研究光在湍流大气中传播时，往往要将这两种思路结合起来考虑。高层大气中发生的光学现象与低层大气发生的光学现象有很大的不同，前者主要是由太阳辐射作用下产生的光化学反应所引起的，如夜天光、极光等，这些是属于高层大气物理学的研究内容。
