物理气候学是气候学的分支学科之一，主要以动力学的理论和方法研究气候形成和气候变化的
原因。
物理气候学以地球大气系统的
辐射平衡、
热量平衡、
水分循环等大尺度范围的影响气候变化的物理因素为研究对象，其主要的研究内容如下：
太阳是地球上能源和动力的主要来源。太阳辐射将光、热、电磁能通过大气传到地面，由于大气性质和地面状况的差异，不同地方对太阳辐射来的能量具有不同的反射、吸收和散射，造成热力条件和热力作用的不同，使地球上的水汽、空气粒子形成不同尺度和形式的运动与动量输送，如大尺度环流运动（平流）、小尺度湍流运动（扩散）和热力不稳定引起的垂直运动(对流)。地形的差异也造成动力条件和动力作用的不同，反过来又影响各地的热力变化。这些因素相互影响和制约，干扰和反馈的结果，形成各地方的气候特征和变化。
物理气候学研究所依据的资料也是
区域气候学研究所需要的，但二者的目的不同、后者主要是对气候现象的定性描述，而前者则是按照与气候有关的物理定律以及各种相互关系对气候进行定量的探讨。物理气候学按照研究对象的不同，有时又可再分为辐射气候学、热量平衡气候学和水分平衡气候学等。
近些年来，物理气候学的研究课题主要有：①地球上的太阳辐射能及辐射平衡；②地球上的热量传输、转换及热量平衡；③地球上的水汽输送、
水循环及
水分平衡；④大气系统及大气状况对光、热、水等物理量的影响；⑤海洋作用与海-气关系；⑥冰雪及地面覆盖特征和地形影响；⑦人类活动对气候变化的影响和反馈作用；⑧各类气候模式的建立；⑨实验气候与气候模拟；⑩宇宙天体、太阳、地球对气候变迁的影响。
物理气候学根据
流体力学和
热力学的基本物理定律，运用数学物理方法，研究水圈、陆圈和生物圈对地球气候形成的影响，研究气候变化的物理、化学、生物过程的规律性以及人类活动对气候的影响等。
①近些年来使大气辐射传输学获得蓬勃发展的另一个重要原因是气候研究的发展。这里所说的气候研究，不是传统的描述和
统计气候学，也不是一般的
动力气候学，而是现代的物理气候学研究。例如，人类活动对未来气候环境影响的研究及全球变化中的气候研究等。一个最突出的例子是
二氧化碳和其他微量气体诱导气候效应的研究。在这类研究中，大气辐射传输具有极大的重要性。
②全球气候研究计划(WCRP)有双重目标：一是确定气候的可预测程度，二是人类活动对气候的影响。为实现这两个目标，WCRP实施了一套以物理气候系统的某些方面为重点的研究计划，全球气候模型是其核心。模型提供了一个结构性框架来组织研究，并用来识别学科的空缺和积累数据；还用来进行预测和模拟。所涉及的时间尺度数值来自天气预报，由年际变化到十年间的气候变化。随着时间尺度的扩展，人们必须引进越来越多的气候系统的要素。以物理学为基础的全球气候变化模型也是建立全面的全球变化模型的框架。由WCRP在国家间协调所进行的建立模型以及其它研究活动为
政府间气候变化委员会(IPCC)评价全球变暖和拟议成立气候预测研究中心奠定了基础。WCRP主要的内容就是减小气候对温室气体浓度增加响应模拟中的不确定性。这需要构模的研究人员与研究过程和数据的科学家之间不断交流。在过去的十年中，通过国际合作和各个国家的贡献，已取得相当的成就，人们可以预期今后能取得类似的成功。