Im Fokus der Arbeiten des Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) stehen die Untersuchungen des Verhaltens der Stratosphäre, der Troposphäre und der Biosphäre sowie ihrer komplexen Wechselwirkungen im Globalen Wandel. Schwerpunkte sind die Erfassung wichtiger Prozesse des atmosphärischen Wasserkreislaufs sowie der biogeochemischen Kreisläufe wichtiger umweltrelevanter Spurengase und der Aerosole. Umfangreiche Messvorhaben im Freiland und in Versuchskammern unter Nutzung der Daten in gekoppelten Modellsystemen werden dazu verwendet, die aus den Umweltveränderungen resultierenden ökologischen und sozio-ökonomischen Folgen zu quantifizieren und Handlungswissen für den Schutz vor den Auswirkungen zu gewinnen. Die Forschungsarbeiten sind durch zusätzliche langfristig angelegte Stationsmessungen, Flugzeug- und Luftschiffmessungen sowie Satellitenmessungen und Geräteentwicklungen eng miteinander verknüpft.

Das Institut für Meteorologie und Klimaforschung (IMK) besteht aus vier Institutsbereichen. Davon werden zwei bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten gemeinsam mit der Universität Karlsruhe betrieben. Im Mittelpunkt stehen atmosphärische Prozesse in der Troposphäre (IMK-TRO) und atmosphärische Spurengase und Fernerkundung (IMK-ASF). Ein dritter Institutsbereich, die atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) wird gemeinsam mit dem Institut für Umweltphysik der Universität Heidelberg betrieben. Die Atmosphärische Umweltforschung (IMK-IFU) in Garmisch-Partenkirchen bildet den vierten Institutsbereich des IMK.

Das Institut trägt maßgeblich zum Programm "Atmosphäre und Klima" der Helmholtz-Gemeinschaft im Forschungsbereich "Erde und Umwelt" bei und trägt weitgehend das gleichnamige Programm des Forschungszentrums Karlsruhe. Die Programmthemen im Helmholtz-Programm und im Programm des Forschungszentrums (mit Texten auf den Unterseiten nur in englischer Sprache) sind: