大气边界层（ atmospheric boundary layer ），靠近地球表面、受到地面摩擦阻力影响的大气层。其厚度变动很大，在100～3 000米内，一般随地面粗糙度、风速、大气热力不稳定度的增加以及地理纬度的降低而增高。边界层直接受到来自地面的各种机械、热力和物质传输的强迫作用，如摩擦曳力、水分蒸发和蒸腾、热量传输、污染物排放以及地形地物对气流的强迫干扰。大气边界层顶常以逆温的形式存在，在这里白天常有淡积云或层积云存在，夹卷效应（环境空气由侧面卷入该层并与该层空气混合的过程）明显。由于其他的行星大气和行星间也存在这样的边界层，大气边界层又称为行星边界层。大气边界层顶以上的对流层部分不直接受地面影响，称为自由大气。在大气边界层内，湍流发展旺盛，气象要素以及大气边界层本身的结构都有明显的日变化，污染物的含量，大气电、光和其他物理特性也明显随高度而变化。地面和自由大气间的物理量和物质量的交换，都是通过大气边界层进行的。

大气边界层与地面邻接的部分称大气近地面层，其厚度约为大气边界层厚度的1/10。大气边界层的结构依赖于其中的大气稳定度。在不稳定大气中，有大量的热量从地面进入大气边界层，在近地面层以上的部分由于湍流交换频繁，物理量和物质量分布均匀，该层称为混合层；在中性大气中，大气边界层仅受地面摩擦作用，此时大气边界层又称摩擦层，摩擦层的近地面层以上部分由于平均风矢量的垂直分布呈现埃克曼螺线状，故又称为埃克曼层；在稳定大气中，特别是夜间的稳定边界层，气象要素的分层结构明显，其顶部常以超地转风速层为标记，在超地转风向地转风过渡的一层大气内，仍有逐渐衰减的湍流活动存在，气象要素分布均匀与前期混合层类似，但其中通量微弱，该层称为残留层。

此外，下垫面的不均匀性（如地形、地物、地面热状况的空间变化）对大气边界层的结构有明显影响。下垫面变化可能在大气边界层内形成内边界层（次生边界层），它的厚度随着离下垫面发生突变处（如海陆交界处）的距离的增大而增大，这使大气边界层结构更为复杂。