大気化学（たいきかがく、英語：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。
