AEMET contribuye a la vigilancia de la atmósfera a nivel mundial y apoya las políticas del gobierno de España de calidad del aire, medio ambiente y estudio y valoración de los efectos derivados del cambio climático, mediante los programas de investigación que se llevan a cabo en el Centro de Investigación Atmosférica de Izaña, la vigilancia de la radiación solar, el ozono, los aerosoles atmosféricos y los gases reactivos realizada por las redes especiales de la Agencia, y el desarrollo y puesta en operación de sistemas para la predicción de la composición química de la atmósfera con modelos de transporte químico.
El CIAI desarrolla y valida nuevos instrumentos de medida en colaboración con otras instituciones, y es centro de calibración regional de la red europea de instrumentos Brewer para la medida in situ del contenido total de ozono en columna (RBCC-E) y de la red regional federada con AERONET para la vigilancia de los aerosoles atmosféricos AERONET-PHOTONS-RIMA.
Por otro lado, el CIAI participa en numerosos proyectos de I+D+i nacionales y europeos, algunos de ellos en colaboración con Universidades y otros organismos de investigación nacionales y extranjeros. El CIAI es una Unidad Asociada al Consejo Superior de Investigaciones Científicas.
Además de los trabajos científicos del CIAI, AEMET lleva a cabo otros proyectos de I+D+i para dar soporte a las políticas medioambientales del gobierno de España, en apoyo a las situaciones de riesgo y emergencia y como contribución a la vigilancia de la atmósfera a nivel global, que se enmarcan en las siguientes líneas: