大気化学（たいきかがく、Atmospheric chemistry）とは、大気中の化学物質の挙動や気象現象との関連を扱う学問分野である。関係の深い分野には物理学、気象学、コンピューターモデリング、海洋学、地質学、火山学などがある。
大気の組成は生物活動との関係によって変化する。またオゾン層破壊、地球温暖化、酸性雨、気候変動なども大気化学に関連する重要な社会問題となっている。
日本では気象学の一分野として扱われることが多い。気象化学とも呼ばれるが、大気化学の呼称が一般的である。また惑星大気を対象に入れることがあり、惑星科学の一分野としても扱われる。
1995年に、ドイツのクルッツェン、アメリカのモリーナ、ローランドの3名は、大気化学の分野におけるオゾンの生成と分解に関する研究により、ノーベル化学賞を受賞した。
目次
1 大気現象のスケール
2 大気中の化学物質
2.1 硫黄化合物
2.2 窒素化合物
2.3 炭化水素
2.4 ハロゲン化物
2.5 オゾン
2.6 粒子状物質
2.7 有害物質
3 大気中の光化学
3.1 対流圏
3.2 成層圏
4 雲物理学
5 惑星大気
6 関連項目
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太陽からの放射はシュテファン＝ボルツマンの法則により波長約500nm付近にピークを持つスペクトル分布を示す。これらは大気中の物質により吸収されるため、地表に到達する波長成分の一部分は、気体の吸収スペクトルに合わせて大きく減衰している。その作用の顕著な気体は酸素、水蒸気、二酸化炭素、オゾンである。
太陽放射のエネルギーを受けることにより、大気中では数多くの化学反応が生成される。大気中の物質が生成され、消滅するまでの平均的な寿命は物質の種類によって大きく異なる。物質の寿命は空間スケールとほぼ比例するので、これらは気象現象のスケールと対応付けられている。
マイクロスケール（Microscale、?100m）：OHラジカル、三酸化窒素:都市の大気汚染
ローカルスケール（Local scale、?10km）：硫化ジメチル、窒素酸化物、過酸化水素: 対流圏と成層圏の物質交換
メソスケール（Mesoscale、?数100km）：オゾン、エアロゾル、一酸化炭素: 酸性雨
グローバルスケール（Global Scale、数100km?）：メタン、一酸化二窒素、フロン: エアロゾルと気候変動の関係、温室効果ガス、成層圏オゾンの減少
大気中の硫黄化合物は、酸化還元反応をもたらす点と、不揮発性の硫酸エアロゾルを形成する点で、大気中の化学反応に非常に大きな効果をもたらしている。主要な物質としては硫化水素、硫化ジメチル（CH3SCH3）、二硫化炭素、硫化カルボニル、二酸化硫黄などがある。このうち二酸化硫黄の排出量と二酸化炭素の排出量には強い相関があることが分かっている。
産業革命が生成する以前は、海洋のプランクトンが硫化ジメチルを介して大気中の硫黄化合物の反応を支配していたとされる。
窒素は通常の状態では反応性に乏しいが、太陽放射のエネルギーを受けることにより化学反応に寄与する。またアンモニア（NH3）をはじめとして生命活動の関連も強い。窒素酸化物（NOx、ノックス）としては一酸化窒素、二酸化窒素、一酸化二窒素、五酸化二窒素などがある。
窒素酸化物は大気中で反応して硝酸となり、酸性雨の原因となったり呼吸器に影響を与えたりする他、太陽からの紫外線を受けることにより光化学反応物質が生成され、光化学スモッグの原因となる。また、花粉症は花粉と窒素酸化物が結合した物質によりアレルギーが引き起こされるとする説もある。