实验室基础研究和应用基础研究并重，围绕中层大气、大气物理过程、大气和环境遥感等有关的科学问题开展研究，旨在为临近空间区域开发利用和安全、大气物理过程遥感与监测和国民经济可持续发展提供理论和技术支撑。主要学科方向有：中层大气过程及其天气和气候效应；大气辐射、大气与环境遥感；全球大气电学、雷电与雷暴电学；先进大气与环境探测技术。 实验室成立于1995年4月。

1995年4月，中国科学院中层大气和全球环境探测重点实验室成立。

2008年入选中国科学院重点实验室。

2014年和2019年两次通过中国科学院评估，成绩良好。

实验室以基础研究和高技术研发并重，围绕中层大气与全球环境探测两个主要方向开展研究。主要研究内容有以下四个方面：

一、中层大气过程及其天气气候效应：重点研究中层大气动力、物理、化学过程及其天气气候效应等基础性科学问题。研究中层大气过程的各种尺度特征，发现天气、气候预报的指示性因子；探索对流层与中高层大气之间相互作用的物理机制，建立中层大气环境预测理论和方法，为临近空间的开发利用和国家安全提供科学依据。

二、大气辐射、大气与环境遥感：基于大气辐射原理，发展地表（及水体）－大气耦合系统的辐射传输模式与先进算法；建立地基、空基和天基遥感大气的新原理和新方法；发展大气和环境遥感的先进传感器技术；开展遥感数据在天气气候模式中的资料同化研究，拓展定量遥感在大气与环境研究中的应用。

三、大气电学、雷电与雷暴电学：建立和完善雷电和大气电学综合观测体系，揭示雷电的物理过程和雷害机理，认识雷电的天气气候效应；开展中高层大气放电事件研究，揭示其物理机制和影响；探索雷暴系统中的电-动力-微物理过程耦合机制，发展雷电资料同化方法，为雷电灾害和强对流天气灾害防治提供科学依据。

四、大气探测高技术：坚持地基、空基和天基探测技术相结合，发展大气探测的新原理和新方法，研发大气探测新装置，创新实验方法，重点发展中层大气探测技术，建立以原理探索、设计创新和技术集成为基础的综合立体高技术研究体系。

主任：卞建春

副主任：夏祥鳌 李金华 范学花 蒋如斌

学术秘书：蔡兆男 冉靓 吴雪第一党支部书记：李金华

第二党支部书记：范学花

第一、二、三任实验室主任分别是吕达仁院士、陈洪滨研究员和郄秀书研究员，

第一、二任学术委员会主任为周秀骥院士，

第三任学术委员会主任为吕达仁院士；

现任实验室主任为卞建春研究员，学术委员会主任为吕达仁院士。