대기화학(atmospheric chemistry)은 대기의 화학적 특성을 연구하는 학문분야로, 예를 들면 대류권과 성층권 안에 있는 대기 구성물의 생성ㆍ수송ㆍ변질ㆍ이동 따위를 연구한다. 뿐만 아니라 공기 중의 화학성분과 이들에 함유되어 있는 희귀원소의 활동 및 광화학반응 등 대기 중의 화학적 변화를 연구하는 학문이다.
이 학문은 기후학과 같은 다른 분야들과 밀접한 관계가 있다.