Atmosfære og klima er et av NILUs fire hovedforskningsområder. Forståelse av hvordan atmosfærens kjemiske og fysiske egenskaper påvirkes av naturlige og menneskeskapte utslipp er sentralt i arbeidet med å begrense luftforurensning og klimaendringer.
 
NILUs aktiviteter innen dette temaet startet med studier av langtransportert forurensning tidlig på 1970-tallet, og resulterte senere i EMEP-programmet under konvensjonen for grenseoverskridende luftforurensninger (CLRTAP). Siden har instituttet hatt sentrale roller som rådgiver for nasjonale og internasjonale prosesser, basert på forskning og publisering i vitenskapelige tidsskrifter.

Aktiviteten inkluderer bruk av observasjonsdata og modeller for å studere utslipp, spredning, omdanning og avsetning på regional og global skala. Aktiviteten inkluderer i tillegg til tradisjonell tematikk inne klimagasser og luftforurensninger også selve klimasystemet (meteorologi og hvordan underlagets egenskaper påvirker atmosfæren) og spredning av vulkansk aske og radionukleider. En videre beskrivelse av aktiviteten og tematikken finnes under fanene i venstre marg.