La sous-direction du climat et de la qualité de l'air : 
― coordonne, en concertation avec les élus, les associations, les partenaires économiques et sociaux, et avec l'appui de l'ensemble des ministères concernés, la préparation et l'élaboration du programme français de prévention du changement climatique et d'adaptation aux effets du réchauffement climatique ; 
― contribue à la définition de la position française dans les négociations internationales relatives à l'effet de serre ;
- élabore et propose la stratégie de gestion des actifs carbone de l'Etat et d'intervention sur les marchés carbone en cas de recours à des achats ou cessions de droits ou quotas d'émission ;
― réalise des études et recherches sur les risques liés au réchauffement climatique et aux phénomènes extrêmes, et évalue leurs impacts sur l'économie et l'environnement ; 
― en coordination avec la direction générale de la prévention des risques, connaît et évalue les pollutions et les nuisances atmosphériques créées par les installations fixes et les activités de transport et veille à leur prévention ; élabore la réglementation de la lutte contre la pollution atmosphérique et définit les conditions de surveillance de la qualité de l'air, de ses effets sur la santé et sur l'environnement ; veille à l'application de ces dispositions ; 
― participe aux travaux visant à définir des dispositifs permettant de réduire la pollution atmosphérique et, en particulier, les émissions de dioxyde de carbone ; 
― analyse les déterminants de la demande énergétique afin d'élaborer les mesures destinées à en assurer la maîtrise ; 
― élabore et met en œuvre les mesures de nature à promouvoir l'utilisation rationnelle de l'énergie et la maîtrise des émissions des gaz à effet de serre résultant des usages de l'énergie ; 
― élabore et met en œuvre les mesures de nature à développer l'utilisation de la chaleur renouvelable et assure la mise en œuvre du fonds chaleur d'origine renouvelable ; 
― assure le suivi des questions relatives à la distribution collective et aux réseaux de chaleur ; 
― apporte son soutien aux opérateurs du secteur.
Elle comprend : 
― le département lutte contre l'effet de serre ;
― le bureau " marchés carbone " ;
― le bureau qualité de l'air ; 
― le bureau économies d'énergie et chaleur renouvelable ;
L'Observatoire national sur les effets du réchauffement climatique, mentionné à l'article L. 229-2 du code de l'environnement, est rattaché au département de lutte contre l'effet de serre. 
Le bureau qualité de l'air est mis à disposition de la direction générale de la prévention des risques pour l'exercice de ses compétences.