NCAR的研究主要偏重于一些重要的学科领域，包括：

在区域和全球尺度上 ，开展空气质量和大气成份与气候系统相互作用的大气化学研究；

通用天气模式和跨尺度大气过程了解所需要的气象学研究；

强调通用气候系统模拟与气候系统分析的气候学研究；

为了解太阳活动机制及太阳对地球系统的影响而开展的太阳物理、太阳—地球相互作用及中高层大气研究；

为解释气候变化、强烈天气的生态和社会效应而进行的人类活动与自然系统的耦合研究；

重点研究生物圈—水圈—大气圈耦合、低层大气—中高层大气耦合、天气与气候相互作用中生物地球化学循环及水循环的多学科研究；

模拟和分析湍流流体动力学结构的地球物理湍流研究；