Научные исследования на кафедре Метеорологии и охраны атмосферы выполняются в рамках темы: «Исследования, мониторинг и прогноз состояния атмосферы и изменений климата».
На кафедре научная работа ведется по следующим научным направлениям:
Энергетика циклонов умеренных широт. Профессор Н. А. Калинин, доцент А. Л. Ветров.
Исследование опасных явлений погоды с использованием радиолокационных, радиозондовых и станционных измерений. Профессор Н. А. Калинин, доцент Н. И. Толмачева, доцент А. А. Поморцева.
Исследование почвенно-климатических факторов продуктивности сельскохозяйственных культур. Доцент Л. Н. Ермакова.
Моделирование переноса загрязняющих веществ в атмосфере и оценка его воздействия на элементы природной среды. Доценты В. А. Шкляев, Л. С. Шкляева.
Исследование элементов климата на Урале. Доценты В. А. Шкляев, Л. С. Шкляева.