在地球引力作用下,大量气体聚集在地球周围,形成数千公里的大气层.气体密度随离地面高度的增加而变得愈来愈稀薄.探空火箭在3000公里高空仍发现有稀薄大气,有人认为,大气层的上界可能延伸到离地面6400公里左右.据科学家估算,大气质量约6000万亿吨,差不多占地球总质量的百万分之一,其中包括：氮78%、氧21%、氩0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%,此外还有水汽和尘埃等.
根据各层大气的不同特点（如温度、成分及电离程度等）,从地面开始依次分为对流层、平流层、中间层、热层（电离层）和外大气层.
接近地球表面的一层大气层,空气的移动是以上升气流和下降气流为主的对流运动,叫做“对流层”.它的厚度不一,其厚度在地球两极上空为8公里,在赤道上空为17公里,是大气中最稠密的一层.大气中的水气几乎都集中于此,是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内.
对流层上面,直到高于海平面50公里这一层,气流主要表现为水平方向运动,对流现象减弱,这一大气层叫做“平流层”,又称“同温层”.这里基本上没有水气,晴朗无云,很少发生天气变化,适于飞机航行.在20～30公里高处,氧分子在紫外线作用下,形成臭氧层,像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳高能粒子的袭击.
平流层以上,到离地球表面85公里,叫做“中间层”,又称“散逸层”.中间层以上,到离地球表面500公里,叫做“热层”.在这两层内,经常会出现许多有趣的天文现象,如极光、流星等.人类还借助于热层,实现短波无线电通信,使远隔重洋的人们相互沟通信息,因为热层的大气因受太阳辐射,温度较高,气体分子或原子大量电离,复合机率又少,形成电离层,能导电,反射无线电短波.
热层顶以上是外大气层,延伸至距地球表面1000公里处.这里的温度很高,可达数千度；大气已极其稀薄,其密度为海平面处的一亿亿分之一.
