L'atmosfera antartica ha delle caratteristiche particolarmente adatte per le ricerche sugli effetti dei cambiamenti climatici sul continente e delle connessioni con il resto del pianeta. Le condizioni di forte stabilita' atmosferica permettono studi molto accurati sugli scambi di energia alla interfaccia con la superficie, sull'interazione dei fenomeni dinamici locali con la circolazione atmosferica alle diverse scale spazio temporali, sul trasporto di energia e di massa dalle medie e basse latitudini, sulla composizione dell'atmosfera, sull'aerosol e sui contaminanti presenti.
Per le misure in alta atmosfera l'Antartide è l'osservatorio privilegiato per monitorare il processo di deplezione dell'ozono e delle nubi stratosferiche polari ma anche per effettuare osservazioni meno disturbate di tipo astronomico.
In merito ai cambiamenti climatici, la mappa delle variazioni di temperatura dell'atmosfera sul continente Antartico appare alquanto disomogenea. Nella penisola Antartica l'incremento di temperatura nel periodo 1957-2006 è stato di circa 1,75 °C e negli ultimi 50 anni si è registrato un aumento della temperatura media di 2-3 °C.
L'aumento della temperatura nella Penisola Antartica sta mettendo sempre più a rischio l'equilibrio delle piattaforme galleggianti di ghiaccio (ice shelves) che circondano il continente. A partire dal 1950 l'estensione di queste superfici di ghiaccio nella Penisola Antartica si è ridotta di 8.000-10.000 km².
Le temperature nel resto del continente e nella regione del Mare di Ross mostrano una situazione sostanzialmente stabile e le variazioni risultano essere molto modeste e statisticamente poco significative. Al contrario l'Antartide Orientale, presenta invece chiari segni di raffreddamento.
Le precipitazioni in Antartide sono scarse e le stime sono rese difficili dal trasporto della neve dovuto al vento. Esiste un forte contrasto tra l'area costiera (con maggiore accumulo di neve, anche fino a 60 gr/cm²/anno) e l'interno desertico, con scarsissimo accumulo di neve stimato attorno a 5 gr/cm²/anno. Essendo la calotta Antartica in sostanziale equilibrio, la quantità di precipitazioni sul continente deve bilanciare la massa di acqua persa a causa della fusione del ghiaccio. Nelle ultime due decadi, la media delle precipitazioni annuali mostra comunque un andamento crescente.
La bassa atmosfera riveste un ruolo fondamentale nel trasferimento di energia, massa e quantità di moto tra la superficie e gli strati superiori. Lo strato limite atmosferico (SLA ) è la parte di atmosfera direttamente influenzata dalla superficie ed è caratterizzato da processi che sono essenzialmente turbolenti. La turbolenza governa i processi di scambio e di trasporto dalla superficie terrestre attraverso lo SLA: il 50% dell'energia cinetica disponibile nell'atmosfera viene dissipata nello SLA attraverso processi di tipo turbolento. I flussi di energia e di massa da e verso l'atmosfera libera sono dipendenti dal bilancio radiativo alla superficie. In Antartide il bilancio è mediamente negativo e l'atmosfera può essere estremamente stabile in particolare durante l'inverno. Lo studio di questi processi permette di comprendere i meccanismi che ne sono all'origine e migliorare la qualità dei modelli di previsione meteorologica e climatica.
L'atmosfera antartica è particolarmente sensibile al fenomeno denominato "buco dell'ozono". Il 90% dell'ozono atmosferico si trova nella stratosfera, a una altezza tra i 10 e i 50 km. L'ozono stratosferico agisce come schermo per radiazioni solari UV dannose per la vita sulla Terra. In Antartide questo fenomeno è legato alle condizioni atmosferiche e chimiche speciali che hanno luogo in una regione isolata della stratosfera polare, detta Vortice Polare. In questa regione, particolari nubi (nubi stratosferiche polari) generate dalle bassissime temperature invernali favoriscono la distruzione dell'ozono da parte dei Clorofluorocarburi. All'inizio della primavera australe (nostro autunno) circa il 50% della colonna di ozono nell'atmosfera Antartica scompare per poi ripristinarsi con l'avanzare della primavera