大气模型是描述大气的各物理量，如温度、压力、密度等，随大气深度的分布规律的理论模型。

在建立大气模型时，通常认为大气处于辐射平衡、局部热动平衡和流体静力学平衡的状态。也就是说，大气满足一系列的平衡方程，这些微分方程把大气的各物理量同大气深度（或光学深度）联系在一起。给定了边界条件（恒星表面的重力加速度和有效温度以及恒星大气的化学组成）后，就可通过逐次近似法求解上述微分方程，从而得出大气的各物理量随大气深度的分布规律。除了平衡的理论大气模型外，还有研究偏离局部热动平衡和辐射平衡的模型，或者非均匀的、带有湍流、对流、振动等的大气模型。