大气热力学是应用热力学原理研究大气热力学过程的一门学科，是大气物理学的一个分支。在20世纪70年代以前，大气热力学仅仅作为大气动力学的一个补充。而从20世纪80年代开始，人们逐渐认识到热力学因素对大气和地球系统的长期行为有重要影响，因此随着对气候和全球变化的深入研究，大气热力学被放到越来越重要的位置上。