觀測太陽圈、電磁層和大氣圈
太陽風在地球附近是以平均秒速400公里的超音速移動，如在太陽活動極大期，太陽表面頻繁發生閃焰、日冕物質噴發(CME)等爆炸現象，太陽風便會因而立即以秒速1000公里的高速吹動。為明瞭太陽風速為何會增加到如此高速以及移動到何處等的問題，太陽圈環境部門即運用4部日本最大型電波望遠鏡，每天觀測太陽風的吹向和流速。在太陽圈中，除了太陽風之外，還有以略等於光速移動的高能粒子「宇宙線」，又，為了要明瞭由閃焰產生的太陽宇宙線是經由何種機制才會加速到高能狀態，因此才開發出太陽中子望遠鏡以供觀測。另外，也利用宇宙線渺粒子望遠鏡觀測由宇宙深處來到地球的星系宇宙線，以期由此了解太陽圈結構。
左圖是太陽地球間太空空間模型圖。太陽地球間太空空間可分為太陽電漿控制的「太陽圈」，地球磁場守備範圍的「磁層」，磁層內部的「電離層」，以及由中性大氣形成的「大氣圈」等4領域。太陽會不斷釋出可見光、紅外線、X射線、紫外線等「電磁波」，由電漿流動形成「太陽風」及高能量「宇宙線」。
太陽風等帶電粒子具有受磁場影響而改變移動路線的性質，因此會在地球周圍造出空洞，這就是「磁層」。磁層在太陽風影響下，面向太陽的一側(地球白天部分)是被壓扁形態，背向太陽的一側(地球夜晚部分)形狀如彗星拖長尾巴。太陽風與地球磁層如此不停相互擠壓結果，磁層和其內部電離層形態也隨之膨脹或凹陷。如果吹來強烈太陽風，部分太陽風會衝進磁層和電離層，帶電粒子即進入地球超高層大氣內，由此產生極光現象，也會引起擾亂地磁的「磁暴」現象。該研究所的電磁層環境部門則由地表和太空中觀測入侵磁層的太陽風能分量，由何種路徑進入電離層等狀況。地球大氣由較接近地表到高空，可分為對流層、平流層和中氣層。臭氧層是位於平流層內離地表大約30公里高處，可吸收來自太陽對人體有害的紫外線。
上圖是太陽觀測衛星「陽光號」以X射線拍攝到的太陽形態，接近赤道處的明亮活動區域可以看到多處大型閃焰。閃焰會釋出強烈的X射線和紫外線，地球電離層因而發生異常狀況，有時甚至會引起電波通信障礙。
大氣圈環境部門以能精密觀測臭氧等高反應性氣體成分，和浮游於大氣中的微粒子，解開引起大氣組成和氣候變化的物理、化學性過程為主要工作。為此要在全球各地利用飛機和汽球裝載型裝置進行大氣觀測。
左下圖是太陽日圈觀測衛星「SOHO號」的廣域日冕儀所拍攝的「日冕物質噴發」(CME)。由左下方伸長到中央的是遮光板，其中央的白圓表示太陽大小。太陽右側是擴散到太陽10倍左右的「電漿雲」，如此巨型雲塊大約於發生2天後可抵達地球，並擾亂磁層引起磁暴。