En el departamento se estudian procesos atmosféricos, de superficie y oceánicos a distintas escalas espaciales y temporales, en diversas latitudes y regiones; mediante análisis teóricos y observacionales, experimentos de laboratorio, y modelos matemáticos y numéricos. Así mismo, se incorporan herramientas como sistemas de percepción remota y de GPS/GNSS, y sensores de medición in situ para caracterizar variables atmosféricas, de calidad del aire y del aerosol atmosférico.
Las líneas de investigación comprenden un enfoque integral de la atmósfera y sus interacciones con la superficie terrestre, tanto del suelo como oceánica. Se estudian procesos fundamentales como la convección, la termodinámica atmosférica, la dinámica de fluidos geofísicos y la capa límite. Se analizan fenómenos específicos como la formación de nubes, niebla y precipitación, incluyendo su microfísica, así como sus posibles aplicaciones, como la modificación artificial del tiempo y el clima.
Se estudia también la variabilidad climática, los eventos extremos y los efectos del cambio de la cobertura vegetal y el uso de suelo sobre el clima, la meteorología y el ciclo hidrológico, integrando diversos enfoques de ecohidrología, micrometeorología y la interacción suelo-atmósfera. Se realiza investigación en modelación de la atmósfera, pronóstico a corto y mediano plazo, aerodinámica de aerogeneradores, dispersión de contaminantes, así como procesos de interacción atmósfera-suelo-vegetación. Asimismo se desarrolla instrumentación meteorológica especializada para medir y analizar variables atmosféricas y de calidad del aire.
Además, se estudian procesos de interacción océano-atmósfera y la dinámica regional en los mares de México. Para ello, se integran datos satelitales, observacionales y de reanálisis, con el objetivo de comprender mejor el sistema climático y sus cambios.