高层大气物理学（英语：Aeronomy）是大气物理学的一个分支，主要研究中层与高层（平流层、中间层、热成层和磁层等）大气的成分和物理性质，分子离解和电离是该学科重要的部分。另外还研究臭氧层的分布与变化。高层大气物理学主要发展于20世纪和21世纪。

「Aeronomy」这个词是西德尼·查普曼于1946年在《自然》期刊中的读者来信发表的文章《Some Thoughts on Nomenclature》中首次提及。

今日这项学科研究范围也包含了其他行星大气层的对应区域。高层大气物理学的相关研究必须透过气球、卫星和探空火箭以获得高层大气的有用数据。其他属于高层大气物理学的大气现象则是中高层大气闪电，例如红电光闪灵、精灵光晕、蓝色喷流和精灵。

Aeronomy is the meteorological science of the upper region of the Earth's or other planetary atmospheres, which relates to the atmospheric motions, its chemical composition and properties, and the reaction to it from the environment from space. The term aeronomy was introduced by Sydney Chapman in a Letter to the Editor of Nature entitled Some Thoughts on Nomenclature in 1946. Studies within the subject also investigates the causes of dissociation or ionization processes.