自然界中存在四种基本相互作用力,即引力、电磁相互作用力、强相互作用力、弱相互作用力。其中,引力由广义相对论描述,其它三种力由粒子物理标准模型描述。将引力与其它三种相互作用力采用一个统一的理论来描述一直是物理学家们追求的梦想。因此,开展对引力效应的检验研究无论对于理解引力的本质,还是对于探究大统一理论都具有重要的科学意义。等效原理和引力波分别是广义相对论的基本假设和重要预言。弱等效原理,作为等效原理的重要组成部分,对其的检验是对广义相对论基础的直接检验。引力波,作为时空的涟漪,对其的探测不仅能验证广义相对论的正确性,而且在获取宇宙演化信息方面具有极大潜力。随着原子干涉技术的快速发展,原子干涉仪广泛应用于各种精密测量实验,并逐渐应用于检验各种引力相关效应。其检验精度不仅取决于目前的实验技术水平,而且依赖于原子干涉仪测量各种引力相关效应的理论模型精度。然而,目前原子干涉仪在检验弱等效原理方面,实验精度相对较低且测量中存在一些大的系统误差;在引力波探测方面,目前的理论模型不够完善,存在一定的研究局限性。因此,为原子干涉仪建立完备的理论模型并探究相应的噪声压制方案具有重要的科学意义,将为更高精度的引力相关效应的检验实验奠定一定的理论基础。本论文主要对原子干涉仪检验弱等效原理和探测引力波两个方面展开研究。研究内容包括:（1）针对于原子干涉仪检验弱等效原理,基于等效惯性参考系,建立了完备的理论模型,并提出了主要噪声压制方案。基于爱因斯坦等效原理,我们首先采用空间坐标变换构造一个自由下落坐标系使原子感受到的均匀引力场消失,并进一步利用与引力梯度相关的空间坐标拉伸使原子感受到的引力场不均匀部分消失,从而构造了一个等效惯性参考系。这种方法将原子的引力效应转换到激光光场中,从而简化了计算过程,为原子干涉仪检验弱等效原理建立了普适的理论模型。基于所建模型,我们提出了优化的频移重力梯度补偿技术,消除了拉曼脉冲宽度、引力梯度、与原子团的初始位置和速度的耦合效应,讨论了利用微观粒子在10-14水平上检验弱等效原理的可行性。（2）针对于原子干涉仪探测引力波,建立了普适的理论模型,并分析了不同原子干涉探测器的探测能力。结合广义相对论中的Eikonal方程和原子干涉仪的工作原理,计算了引力波对激光的扰动相位,采用传统的Bord（?）ABCD矩阵法计算了引力波对原子的扰动相位,从而给出原子干涉仪探测引力波扰动的一般矢量表达式。基于此,得到原子干涉型探测器对引力波加极化和叉极化的响应函数,并讨论了其对方位角的依赖关系,为未来引力波探测器确定最佳的探测位置提供了必要依据。最后,分析了主要的噪声项,并结合理论模型评估了探测器的探测能力。