В рамках научного направления «Ионосфера и распространение радиоволн» в ИЗМИРАНе проводятся исследования ионосферы как части околоземного пространства, характеризуемой наличием происходящих в ней сложных плазменных процессов, так и среды для распространения радиоволн различных диапазонов длин волн (СДВ, ДВ, СВ, КВ, УКВ и т.д.). В течение многих лет в институте разрабатываются модели и эффективные методы изучения этих процессов и их взаимосвязи. В то же время, в силу сложности и многообразия процессов, несмотря на все нарастающее накопление экспериментальных данных, ионосферу все еще следует считать мало изученной, а процесс ее исследования относится к одной из фундаментальных проблем солнечной-земной физики и геофизики. 

Ионосфера как среда занимает ключевое место в изучении физики околоземной  плазмы. С одной стороны, ее можно рассматривать как тонкий и относительно хорошо проводящий слой, в котором замыкаются токовые системы обширных областей земной магнитосферы и экзосферы. С другой стороны, ионосфера, непосредственно соприкасаясь с нейтральной атмосферой, воспринимает от нее различного вида колебания, тепловые потоки и движения электрических зарядов (например, молнии снизу вверх).  

Таким образом, ионосфера является чувствительным детектором явлений солнечной и атмосферной активности, антропогенной деятельности (мощными источниками аномалий являются широковещательные передатчики, электростанции, передающие линии и тяжелая индустрия) и литосферных процессов.
 

Диагностика состояния ионосферы не только приносит традиционно известные сведения об условиях распространения радиоволн в околоземном пространстве, но и позволяет следить за состоянием и процессами перестройки внешних областей земной атмосферы по изменению их токовых систем, поскольку обширные пространства магнитосферы связаны системой вертикальных токов с ионосферой и их изменения сказываются на состоянии ионосферы. В то же время наблюдения ионосферы позволяют контролировать многие  процессы в нижних непроводящих слоях (стратосферное потепление, атмосферные волны и т. п.), так как колебательные процессы, усиливаясь при прохождении этих слоев атмосферы, передаются в верхние проводящие слои, где легко регистрируются радиофизическими способами. Более того, мониторинг состояния ионосферы позволяет контролировать колебания земной поверхности (землетрясения, сильные взрывы).