Η Μεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία (ΔΕ) δίνει τη δυνατότητα στους μεταπτυχιακούς φοιτητές (ΜΦ) να εμπεδώσουν τις πραγματικές συνθήκες έρευνας στις Ατμοσφαιρικές Επιστήμες και το Περιβάλλον. Η εκπόνησή της είναι υποχρεωτική, διαρκεί ένα εξάμηνο, το τρίτο (3ο) και συνεισφέρει 30 ECTS, δηλαδή το 1/3 του απαιτούμενου αριθμού ECTS για τη λήψη του Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης.
Στο τέλος του δεύτερου ακαδημαϊκού εξαμήνου, η Γενική Συνέλευση του Τμήματος Φυσικής, κατόπιν σχετικής αίτησης του/της ΜΦ, αποδοχή του διδάσκοντα, και τη σύμφωνη γνώμη και εισήγηση της Συντονιστικής Επιτροπής του ΠΜΣ, ορίζει για κάθε ΜΦ, ένα Επιβλέπον μέλος ΔΕΠ, το οποίο έχει την ευθύνη της καθοδήγησης εκτέλεσης της έρευνας και την παρακολούθηση της επίδοσης του/της ΜΦ κατά την εκπόνηση της ΔΕ.
Το θέμα της ΔΕ ορίζεται από το επιβλέπον μέλος ΔΕΠ. Η ολοκλήρωση της έρευνας στα πλαίσια της ΔΕ συνοδεύεται από τη συγγραφή της. Αυτή γίνεται με βάση το πρότυπο συγγραφής ΔΕ (διαθέσιμο στα Χρήσιμα Έγγραφα), το οποίο παρέχει αναλυτικές οδηγίες για τη συγγραφή. Κατά την εκπόνηση της ΔΕ τηρούνται όλοι οι κανόνες δεοντολογίας της έρευνας (διαθέσιμοι στα Χρήσιμα Έγγραφα) που διέπουν τον τρόπο και τις μεθόδους επιστημονικής έρευνας. Για την εφαρμογή τους, οι ΜΦ βρίσκονται συνεχώς σε συνενόηση με τον Επιβλέποντά τους.
Η τελική αξιολόγηση και κρίση της ΔΕ γίνεται από Τριμελή Εξεταστική Επιτροπή, στην οποία συμμετέχει το Επιβλέπον μέλος ΔΕΠ και δύο επιπλέον μέλη τα οποία ορίζονται ύστερα από πρόταση του επιβλέποντος. Οι υποψήφιοι ΜΦ αναπτύσσουν τη ΔΕ δημόσια, ενώπιον της 3-μελούς Εξεταστικής Επιτροπής, η οποία στη συνέχεια κρίνει την επιστημονική ωριμότητα και αρτιότητά της, τη γενικότερη συμβολή στο επιστημονικό πεδίο και εάν αναδεικνύεται η πρωτοβουλία του/της ΜΦ στην ερευνητική διαδικασία. Για την έγκριση της ΔΕ απαιτείται η σύμφωνη γνώμη δύο (2) τουλάχιστον μελών της Εξεταστικής Επιτροπής. Με το πέρας της αξιολόγησης και κρίσης της ΔΕ, η Τριμελής Εξεταστική Επιτροπή συντάσσει πρακτικό εξέτασης και αξιολόγησης (διαθέσιμο στα Χρήσιμα Έγγραφα) το οποίο αποστέλλεται στη ΓΣ του Τμήματος. Το Πρακτικό αυτό περιλαμβάνει σταθμισμένα αντικειμενικά κριτήρια αξιολόγησης, που λαμβάνουν υπόψιν τόσο τη δημόσια παρουσίαση όσο και το κείμενο της ΔΕ. Το τελικό κείμενο της ΔΕ κατατίθεται στη Γραμματεία του Τμήματος, όπου τηρείται σχετικό αρχείο.