Mathias Rotach verfolgt einen Ansatz des Zusammenspiels von experimenteller und theoretischer Arbeit, kombiniert mit numerischer Modellierung. Er hat in einer Reihe von wegweisenden Projekten atmosphärische Turbulenz und Austauschprozesse über Oberflächen untersucht, die sich nach gängiger Theorie eigentlich einer geordneten Analyse entziehen. Dabei wurden ganze ‚Arrays' von Ultraschall-Anemometern eingesetzt, was bis vor kurzem aus logistischen und technischen Gründen nicht möglich war. Während bei den ‚städtischen Oberflächen' die Resultate mittlerweile Eingang in diverse Modelle (und Lehrbücher) gefunden haben, steht dieser Schritt bei den noch komplexeren topographisch gegliederten Oberflächen noch bevor. Für die Wetter- und insbesondere Klimamodellierung werden oberflächennahe Austauschprozesse immer wichtiger, da bei ständig verbesserter Auflösung immer mehr Details dieser Schicht in der Nähe der Oberfläche (atmosphärische Grenzschicht) bekannt sein müssen.