城市所是我国首家专门从事城市气象科学研究的科研机构，主要在城市探测技术，城市气候变化，城市中小尺度灾害性天气演变机理及精细预报技术，城市气象要素变化与生态环境的相互作用及其对城市人类活动的影响等方面进行深入的、具有创新性的研究工作。城市所有一支年轻化、高学历、高职称充满活力的研究队伍，全所平均年龄38.73岁；博士及博士后，占36.6%；硕士  占41.5%；研究员占9.7%；副研究员占58.5%。

城市所目前承担了国家科技部、国家自然科学基金、北京市科委、北京市自然科学基金等多项课题，并积极促进科研成果业务化。中尺度数值预报模式已于1999年投入业务运行；“北京地区空气质量预报系统”、“北京地区沙尘天气监测预报预警系统”已投入北京市气象台日常业务； “城市规划与气象条件及大气污染的相互关系研究”成果已在珠江三角洲、大连等地得到应用；2005年由城市所与美国国家大气 中心联合开发的短时临近预报系统已经在天津、青岛等地推广应用，2005年6月下旬在天津举行的“亚欧财长会议”、2008年8月在北举办的奥运会、2009年国庆六十周年等期间，该系统提供了准确的对流临近预报，受到组委会及市政府的表彰。

城市所积极开展国内外的科技合作与交流，与美国国家大气科学研究中心、中国科学院、中国气象科学研究院、北京大学、南京大学以及内蒙、河北等省市的气象局 等诸多国内外科研机构、高等院校建立了长期的、良好的合作关系；与美国、德国、俄罗斯、丹麦、韩国、澳大利亚、墨西哥、波兰、日本、马来西亚、台湾和香港 等国家和地区开展广泛的学术交流。

城市所正以战略性眼光谋划着城市气象事业的未来，目标是逐步建成为以城市气象研究为特色的、具有国内一流专业水平和一定国际影响力的国家级城市气象科学研究和人才培养基地。