日本では気象学の別名として使われることが多いが、「大気科学」の語は、気象学の研究対象が広がってきたことで新たに広い範囲を指す言葉が必要となって作られたもので、「大気科学」「気象学」ともにほぼ同じ意味の言葉だと見ることもできる。しかし、この2つの学問が対象とする分野は大きく違う。
また最近では、地球以外の天体(惑星に限らない)の大気を研究対象とすることもあり、この場合惑星科学の一分野となる。
大気現象は地形を形作り自然環境に直接作用するため、環境学や地理学は大気科学に大きく関係している。